Управление тиристорами схема: Схема управления симистором. Включение тиристора схема включения тиристора

Схемы управления тиристорами. Фазосдвигающее устройство

На рис. 1 показаны простейшие экономичные схемы управления тиристорами. Наиболее простой метод включения тиристора представлен на рис. 1, а, где в качестве необходимого для включения управляющего тока используется часть тока, проходящего через тиристор. В разомкнутом состоянии контакта К тиристор не может открыться, так как на управляющий электрод не подается положительный потенциал. 

При замыкании контакта К в положительный полупериод анодного напряжения через резисторы R1 и R2 и диод Д протекает ток управления. Сила этого тока зависит от мгновенного значения анодного напряжения, которое увеличивается от нуля до максимального значения. Ток управления достигнет необходимого для включения тиристора значения при определенном угле а. Если уменьшить сопротивление реостата R2, угол управления а станет меньше, так как ток управления достигнет необходимого значения при меньшем анодном напряжении. 

При полностью введенном реостате R угол управления а достигнет максимального значения, которое не может превысить 90°, так как максимальное анодное напряжение обеспечивает максимальный ток управления. Приведенная схема может работать на постоянном токе. 

Тиристор может открыться при подаче на анод положительного полюса напряжения. Реостатом R2 устанавливается ток управления необходимой силы. Однако для закрывания тиристора необходимо шунтировать перемычкой или прервать цепь анодного тока.

Схема, приведенная на рис. 1, б, работает аналогично предыдущей через резистор нагрузки Rн ток проходит в оба полупериода питающего напряжения. Для включения тиристоров необходимо замкнуть контакт К. В положительный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R1, диоды Д2 и Д4; при этом откроется тиристор Т2. Тиристор Т2 закроется при анодном напряжении, равном нулю, когда ток через тиристор упадет до нуля. 

В отрицательный полупериод ток управления пройдет по цепи через резистор R2, диоды ДЗ и Д1 и откроется тиристор Т1. Реостатами R1 и R2 можно изменять действующее значение переменного напряжения на резисторе нагрузки Rн.

Недостатком предыдущих схем управления можно считать узкий диапазон регулирования угла а (от 0 до 90°). Введением в схему регулирования неактивных элементов (емкостей и индуктивностей) можно расширить диапазон изменения угла а. В схеме, представленной на рис. 1, в, комбинация RС цепи и диода позволяет получить угол управления в интервале 0 — 180°. 

Во время положительного полупериода анодного напряжения конденсатор С заряжается; когда напряжение на нем, приложенное между управляющим электродом и катодом тиристора Т, достигнет необходимого значения, тиристор откроется. Временем заряда конденсатора С определяется угол а. Это время можно изменять, меняя сопротивление реостата R2: чем больше сопротивление реостата R2, тем больше угол а и меньше среднее напряжение на резисторе R_н. 

При переходе питающего напряжения через нуль тиристор закрывается. В отрицательный полупериод конденсатор С перезаряжается через диод Д2 до амплитуды отрицательного напряжения. В следующий положительный полупериод происходит перезаряд конденсатора и тиристор открывается.

Рис. 1. Простейшие схемы управления тиристорами

На рис. 1, г, д показаны схемы управления с насыщающимися дросселями, работающими в релейном режиме. В каждый положительный полупериод питающего напряжения по рабочей обмотке дросселя протекает пульсирующий ток. Индуктивное сопротивление рабочей обмотки зависит от магнитного состояния сердечника дросселя. В отсутствие сигнала на обмотке постоянного тока с указанной полярностью сердечник дросселя насыщается, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается до нуля и входная цепь тиристора шунтируется. Таким образом, в отсутствие сигнала управления тиристор не может быть открыт. При подаче сигнала на обмотку управления (см. рис. 1, г) дроссель переводится в ненасыщенное состояние, так как обмотки включены встречно.

Переход дросселя из одного состояния в другое происходит практически мгновенно, что объясняется прямой петлей гистерезиса сердечника дросселя. 

В ненасыщенном состоянии индуктивное сопротивление рабочей обмотки увеличивается до максимального значения и ток во время положительного полупериода через резисторы R1 и R2 и диод Д поступает к управляющему электроду тиристора и включает его. Пока есть сигнал на управляющей обмотке, тиристор открывается в каждый положительный полупериод. Конденсат С предотвращает ложное срабатывание тиристора при переходных процессах в цепи переменного тока, шунтируя тиристор в момент всплеска напряжения.

В схеме, приведенной на рис. 1, д, рабочая обмотка дросселя Др включена последовательно в цепь управления тиристора. При наличии сигнала сердечник дросселя насыщен, так как обмотки управления и рабочая обмотка действуют согласно. Заряженный конденсатор С разряжается на входную цепь тиристора, и он открывается. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор заряжен. В положительный полупериод конденсатор снова заряжается и открывает тиристор. В отсутствие сигнала на обмотке управления сердечник дросселя не насыщен, в положительный полупериод конденсатор заряжается. Резистор R2 ограничивает напряжение входной цепи тиристора до значения, при котором тиристор не может открыться. Схемы на рис. 1, г, д могут использоваться как ключевые без регулирования выпрямленного напряжения.

В схеме управления (рис. 1, е) используется маломощный динистор Д, который включается при определенном напряжении между анодом и катодом. В положительный полупериод конденсатор С заряжается, причем время заряда можно регулировать реостатом R2. Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня включения динистора Д, конденсатор разрядится на первичную обмотку трансформатора Т_р, на вторичной обмотке возникает импульс, и тиристор Т откроется. В отрицательный полупериод тиристор закрыт, конденсатор С перезаряжается. В следующий положительный полупериод конденсатор снова перезаряжается и открывает тиристор.

Приведенные простейшие схемы не лишены недостатков, связанных с зависимостью параметров от изменения температуры, небольшой скоростью нарастания тока управления и т. п. Для управления в преобразовательных устройствах применяются более сложные специальные схемы.

Фазосдвигающее устройство (ФСУ)

Это устройство является главным функциональным звеном любой системы управления, так как тиристорные схемы построены по принципу фазового управления. В зависимости от способа получения сдвига управляющих импульсов различают системы управления, построенные по «горизонтальному» и «вертикальному» принципам.

При «горизонтальном» принципе управления сдвиг входного сигнала обычно синусоиды напряжения входной сети для выпрямителей, осуществляется во времени по оси абсцисс (по горизонтали), а затем из сдвинутой синусоиды формируются прямоугольные импульсы. Простейшая схема с горизонтальным управлением показана на рис. 2. Входной сигнал подается на первичную обмотку трансформатора Т_р. 

Это же напряжение является анодным для тиристора. Вторичная обмотка трансформатора разделена на два ппеча. На концах вторичной обмотки ае возникает переменное напряжение, которое представляет собой сумму напряжений между точками аd и dе. Эти напряжения могут быть изображены соответствующими векторами. Вторичное напряжение ае представляет собой геометрическую сумму падений напряжения на емкости С (вектор аb) и на резисторе R (вектор bе). 

Выходное напряжение представлено вектором db. При изменении сопротивления резистора R изменяются активное падение напряжения (вектор bе), ток во вторичной цепи и, следовательно, емкостное падение напряжения. Векторы емкостного аb и активного bе падений напряжения должны оставаться перпендикулярными и их сумма (вектор ае) — неизменной. 

Из векторной диаграммы видно, что при изменении сопротивления резистора R вектор db поворачивается и, следовательно, выходное напряжение Uвых сдвигается по фазе относительно входного напряжения Uвх.

Рис. 2. Сдвиг управляющего сигнала по «горизонтальному» принципу

При «вертикальном» принципе управления постоянное напряжение управления сравнивается с опорным переменным напряжением.

При этом постоянное напряжение управляющего сигнала U_с, которое регулируется с поста управления или автоматически устанавливается при изменении регулируемых параметров (напряжения генератора), сравнивается с эталонным переменным напряжением U_э, имеющим неизменную амплитуду. В момент равенства этих напряжений формируется импульс для открывания тиристора.

На рис. 3, а представлена схема генератора импульсов для управления тиристором возбудителя синхронного генератора в схеме ГЭУ дизель-электрохода. 

Рис. 3. Принципиальная схема генератора импульсов и диаграмма напряжений

Данная ГЭУ имеет единую электростанцию, состоящую из трех дизель-генераторов, от которой питается ГЭД и через трансформаторы — потребители собственных нужд, поэтому назначение тиристорного возбудителя сводится к поддержанию постоянства напряжения на шинах или к его изменению при необходимости.

Управляющее напряжение Uс вырабатывается регулятором напряжения. Эталонное напряжение U_э имеет синусоидальную форму и неизменную амплитуду U_м.

Напряжение сигнала может изменяться в пределах от — U_м до + U_м. Сложение переменного U_э и постоянного U_с напряжений происходит на резисторах R1 и R2, которыми можно регулировать входное напряжение транзистора Т₁. При отсутствии сигнала управления U_с = 0 (напряжение генератора в норме) синусоида эталонного напряжения Uэ изменяется относительно оси t и проходит через нуль при угле а = 90° (рис. 3, б). Если считать, что положительное значение U_э соответствует плюсу на базе транзистора Т₁, то транзистор откроется при переходе кривой Uэ через нуль. 

Пока транзистор Т₁ закрыт, отрицательным потенциалом его коллектора поддерживается открытое состояние транзистора Т2, и конденсатор С разряжен через диоды ДЗ, Д2 и открытый коллекторный переход транзистора Т₂. В момент открывания транзистора Т1 потенциал базы транзистора Т2 становится положительным, и последний закрывается. 

При переходе транзистора Т₂ из открытого состояния в закрытое потенциал его коллектора изменяется с положительного на отрицательный, что приводит к заряду конденсатора С. 

Зарядный ток проходит через диоды Д5 и Д4 и является током базы транзистора Т_з, открывающего последний. В открытом состоянии транзистора ТЗ на резисторе R9 возникает напряжение, которое прикладывается между управляющим электродом и катодом тиристора возбудителя. Время существования импульса на выходе равно времени заряда конденсатора, которое зависит от емкости конденсатора и силы тока заряда. 

Если напряжение на тиристоре U_т сдвинуто относительно эталонного на 90°, как изображено на диаграмме, то передний фронт импульса возникнет при угле а = 90° и тиристор будет открыт в течение половины положительного полупериода, что соответствует номинальному возбуждению генератора. Тиристор будет закрыт весь отрицательный полупериод напряжения U_т и часть положительного. В начале положительного полупериода напряжения U_э транзистор Т₁ закроется, а Т₂ откроется, конденсатор С разрядится и будет готов для нового импульса.

При уменьшении напряжения генератора возникает напряжение (сигнал), приложенное минусом к базе Т₁ (на диаграмме — U_с). При сложении напряжений на входе транзистора Т₁ синусоида напряжения U_э будет изменяться относительно оси и угол открывания тиристора уменьшится до значения а₁, а среднее значение выпрямленного напряжения и возбуждение генератора увеличатся. При увеличении напряжения генератора выше нормы возникает напряжение, приложенное плюсом к базе Т₂ (на диаграмме +U_с). Теперь синусоида U_э будет изменяться относительно оси t₂ и угол включения увеличится до значения а₂. 

Среднее выпрямленное напряжение и возбуждение генератора уменьшатся.

По вертикальному принципу построена схема управления тиристором, приведенная на рис. 4, где используется импульсный трансформатор Т_рИ, работающий совместно с транзистором Т₁ в режиме блокинг-генератора. Входное напряжение транзистора создается суммой постоянного напряжения сигнала и переменного эталонного напряжения U_э с неизменной амплитудой.

Транзистор Т₁ открывается при возникновении на базе отрицательного потенциала, когда кривая U_э переходит через нуль в зону отрицательных значений (см. рис. 3, б), По мере открывания транзистора нарастает ток в цепи коллектора, проходящий через первичную обмотку импульсного трансформатора; при этом в базовой обмотке трансформатора наводится э. д. с., которая прикладывается плюсом к эмиттеру и осуществляет положительную обратную связь, что способствует дальнейшему открыванию транзистора. Ток в первичной обмотке трансформатора нарастает лавинообразно, и в выходной обмотке Т_рИ возникает э.д.с., которая через диод Д2 и резистор R1 создает импульс управления тиристором: тиристор открывается.

Рис. 4. Формирователь импульсов с блокинг-генератором

В насыщенном состоянии транзистора ток коллектора достигает максимального значения и перестает изменяться, импульс исчезает. Э.д.с. в базовой обмотке равна нулю, положительная обратная связь не работает, и ток коллектора начинает уменьшаться. Уменьшение тока коллектора наводит в базовой обмотке э.д.с. другого направления, которая осуществляет отрицательную обратную связь и способствует закрыванию транзистора. Одновременно в выходной обмотке наводится э. д. с. другого направления, которая создает ток в разрядном контуре через диод Д1. 

В коллекторной обмотке импульсного трансформатора спад тока наводит э.д.с. самоиндукции, которая, поддерживая направление тока, препятствует запиранию транзистора, так как прикладывается плюсом к эмиттеру. Эта э.д.с. создает шунтирующую цепь через стабилитрон С_т. После закрывания транзистора, если на базе снова возникнет отрицательный потенциал, процесс повторяется и выдается следующий импульс.

Таким образом, импульсы подаются в течение всего отрицательного полупериода входного напряжения транзистора. Тиристор может быть открыт первым импульсом, и последующие импульсы его открытого состояния не меняют. Сдвиг по фазе момента подачи импульсов зависит от значения и полярности постоянного напряжения сигнала U_с, которое вырабатывается регулятором напряжения генератора или ГЭД.

⇓ДОБАВИТЬ В ЗАКЛАДКИ⇓

⇒ВНИМАНИЕ⇐

• Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
• Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
• Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
• Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

Тиристорные коммутаторы нагрузки (10 схем)

Для включения и отключения нагрузки (ламп накаливания, обмоток реле, электродвигателей и т.п.) зачастую используют тиристоры. Особенность этого вида полупроводниковых приборов и основное их отличие от транзисторов заключается в том, что они обладают двумя устойчивыми состояниями, без каких-либо промежуточных.

Это состояние «включено», когда сопротивление полупроводникового прибора минимально, и состояние «выключено», когда сопротивление тиристора максимально. В идеале эти сопротивления приближаются к нулю или бесконечности.

Для включения тиристора на его управляющий электрод достаточно хотя бы кратковременно подать управляющее напряжение. Отключить тиристор (запереть) можно кратковременным выключением питания тиристора, сменой полярности питающего напряжения либо уменьшением тока в нагрузке ниже тока удержания тиристора.

Обычно включают и отключают тиристорные коммутаторы двумя кнопками. Значительно меньшее распространение получили однокнопочные схемы управления тиристорами.

Здесь подробно рассмотрены методы однокнопочного управления тиристорными коммутаторами. Принцип работы тиристорных однокнопочных управляющих устройств основан на динамических зарядно-разрядных процессах в цепи управления тиристора [EW 4/01-299].

Схема однокнопочного управления тиристором

На рисунке 1 показана одна из простейших схем однокнопочного управления тиристорным коммутатором. В схеме (здесь и далее) используют кнопки без фиксации положения. В исходном состоянии нормально замкнутые контакты кнопки шунтируют цепь управления тиристором.

Сопротивление тиристора максимально, ток через нагрузку не протекает. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме на рис. 1, рассмотрены на рис. 2.

Для включения тиристора (ON) нажимают на кнопку SB1. При этом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания через контакты кнопки SB1, а конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания.

Скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепи R1C1 (см. диаграмму). После того как кнопку отпустят, конденсатор С1 разряжается на управляющий электрод тиристора. Если напряжение на нем равно или превышает напряжение включения тиристора, тиристор отпирается.

Рис. 1. Принципиальная схема управления тиристором с помощью одной кнопки.

Рис. 2. Диаграммы основных процессов, протекающих в схеме с тиристором.

Отключить нагрузку (OFF) можно кратковременным нажатием на кнопку SB1. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. Поскольку контакты кнопки шунтируют электроды тиристора (анод — катод), это равноценно отключению источника питания тиристора. В результате нагрузка будет отключена.

Следовательно, для включения нагрузки необходимо с большей продолжительностью нажать на управляющую кнопку, для отключения — еще раз кратковременно нажать ту же кнопку.

Простые силовые ключи на тиристорах

На рис. 3 и 4 показаны варианты схемной идеи, представленной на рис. 1. На рис. 3 использована цепочка последовательно соединенных диодов VD1 и VD2 для ограничения максимального напряжения заряда конденсатора.

Рис. 3. Вариант схемы управления тиристором одной кнопкой.

Это позволило заметно снизить рабочее напряжение (до 1,5…3 В) и емкость конденсатора С1. В следующей схеме (рис. 4) резистор R1 включен последовательно с нагрузкой, что позволяет создать двухполюсный коммутатор нагрузки. Сопротивление нагрузки должно быть намного ниже, чем сопротивление R1.

Рис. 4. Схема электронного ключа на тиристоре с последовательным подключением нагрузки.

Тиристорный коммутатор с двумя кнопками

Тиристорное устройство управления нагрузкой (рис. 5) может быть использовано для включения и выключения нагрузки любой из нескольких последовательно включенных кнопок, работающих на разрыв цепи. Принцип действия тиристорного коммутатора заключается в следующем.

При включении устройства напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора, недостаточно для его включения. Тиристор, и, соответственно, нагрузка отключены. При нажатии на любую из кнопок SB1 — SBn (и удержании ее нажатой) конденсатор С1 заряжается через резистор R1 от источника питания. Цепь управления тиристора и сам тиристор при этом отключены.

Рис. 5. Схема простого тиристорного коммутатора нагрузки с двумя кнопками.

После отпускания кнопки и восстановления цепи питания тиристора накопленная конденсатором С1 энергия оказывается приложенной к управляющему электроду тиристора. В результате разряда конденсатора через управляющий электрод тиристор включается, подсоединяя тем самым нагрузку к цепи питания.

Для отключения тиристора (и нагрузки) кратковременно нажимают на любую из кнопок SB1 — SBn. При этом конденсатор С1 не успевает зарядиться. В то же время цепь питания тиристора размыкается, тиристор запирается.

Величина резистора R2 зависит от напряжения питания устройства: при напряжении 15 В его сопротивление — 10 кОм при 9 В — 3,3 кОм при 5 6-1,2 кОм.

Схема с эквивалентом тиристора на транзисторах

При использовании вместо тиристора его транзисторного аналога (рис. 6) величина этого резистора меняется, соответственно, от 240 кОм (15 В) до 16 кОм (9 В) и до 4,7 кОм (5 В).

Рис. 6. Схема электронного коммутатора нагрузки с транзисторным эквивалентом тиристора.

Аналог многокнопочного переключателя на тиристорах

Тиристорное устройство, позволяющее создать аналог многокнопочного переключателя с зависимой фиксацией положения и использующее для управления кнопочные элементы, работающие без фиксации, показано на рис. 7. В схеме может быть использовано несколько тиристоров, однако, для упрощения схемы, на рисунке показано лишь два канала. Другие каналы коммутации могут быть подключены аналогично предыдущим. 

Рис. 7. Принципиальная схема аналога многокнопочного переключателя с использованием тиристоров.

В исходном состоянии тиристоры заперты. При нажатии на кнопку управления, например, кнопку SB1, конденсатор С1 относительно большой емкости оказывается подключенным к источнику питания через диоды VD1 — VDm и сопротивления нагрузки всех каналов.

В результате заряда конденсатора возникает импульс тока, приводящий к кратковременному замыканию анодов всех тиристоров через соответствующие диоды VD1 — VDm на общую шину.

Любой из тиристоров, если он был включен, отключается. В то же время конденсатор накапливает энергию. После отпускания кнопки конденсатор разряжается на управляющий электрод тиристора, отпирая его.

Для включения любого другого канала нажимают соответствующую кнопку. Происходит отключение (сброс) ранее задействованной нагрузки и включение новой нагрузки. В схеме предусмотрена кнопка SB0 общего отключения всех нагрузок.

Многокнопочный переключатель с транзисторным аналогом тиристоров

Вариант схемы, выполненный на транзисторных аналогах тиристоров и диодно-емкостных зарядных цепочках с использованием малогабаритных конденсаторов, показан на рис. 8, 9.

Рис. 8. Схема эквивалентной замены тиристора транзисторами.

В схеме предусмотрена светодиодная индикация включенного канала. В этой связи максимальный ток нагрузки каждого из каналов ограничен значением 20 мА.

Рис. 9. Схема многокнопочного переключателя с транзисторным аналогом тиристоров.

Устройства, аналогичные представленным на рис. 7 — 9, а также на рис. 10 — 12, можно использовать для систем выбора программ радио- и телеприемников.

Недостатком схемных решений (рис. 7 — 9) является то, что в момент нажатия на любую из кнопок все нагрузки оказываются хотя бы на мгновение подключенными к источнику питания.

Схемы многопозиционных переключателей

На рис. 10 и 11 показан тиристорный коммутатор разрывного типа с неограниченным количеством последовательно включенных элементов.

При нажатии на одну из кнопок управления цепь питания аналогов тиристоров размыкается по постоянному току. Конденсатор С1 оказывается включенным последовательно с аналогом тиристора.

Рис. 10. Схема базового элемента для самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Рис. 11. Принципиальная схема самодельного многопозиционного коммутатора нагрузки.

Одновременно управляющее напряжение (нулевого уровня) через задействованную кнопку и резистор R2 (рис. 10) подается на управляющий электрод аналога тиристора.

Поскольку в первые мгновения при нажатии кнопки последовательно с аналогом тиристора оказывается включенным полностью разряженный конденсатор, такое включение равносильно короткому замыканию в цепи питания соответствующего тиристора. Следовательно, тиристор отпирается, включая тем самым соответствующую нагрузку.

При нажатии на любую другую кнопку ранее задействованный канал отключается, и включается другой канал. При длительном (порядка 2 сек) нажатии на любую из кнопок конденсатор С1 заряжается, что равнозначно размыканию цепи и приводит к запиранию всех тиристоров.

Схема усовершенствованного электронного переключателя

Рис. 12. Принципиальная схема тиристорного коммутатора для множества нагрузок.

В ряду тиристорных коммутаторов наиболее совершенной представляется схема, показанная на рис. 12. При нажатии кнопки управления возникает бросок тока, эквивалентный короткому замыканию.

Происходит отключение ранее задействованных тиристоров и включение тиристора, соответствующего нажатой кнопке. В схеме предусмотрена светодиодная индикация задействованного канала, а также кнопка общего сброса.

Вместо конденсаторов большой емкости могут быть использованы диодно-конденсаторные цепочки (рис. 12). Принцип действия схемы сохраняется. В качестве нагрузки можно использовать низковольтные реле, например, РМК 11105 сопротивлением 350 Ом на рабочее напряжение 5 В.

Резистор R1 ограничивает ток короткого замыкания и ток максимального потребления величиной 10… 12 мА. Количество каналов коммутации не ограничено.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Простое управление тиристором » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

Предлагаю для любителей схемку, которую «открыл» (для себя) сам.
Случилось это, когда искал возможность плавно регулировать (через тиристор) яркость ламп накаливания. Применения: Цветомузыка, плавно включить/выключить свет в помещении (круто и лампы реже перегорают), мощность на паяльнике, позже появилась мысль использовать в зарядном устройстве для автомобильных АКБ. При простой схеме ведёт себя как довольно сложные с фазоимпульсным управлением тиристором. Позже, уже имея осцилограф, понял как примерно она работает. Естественно, делюсь мнением.
Зависимость яркости лампы от напряжения на входе примерно такая:

Это было то, что мне нужно.

Думаю, что изменением R1 можно пропорционально изменить U упр, при котором достигается максимальная яркость (уменьшить этот порог меньше 2…3 Вольт не получится, но я и не пробовал). R2 стоит на всякий случай, чтобы уменьшить рассеиваемую на транзисторе мощность (где-то видел и решил что надо). От транзистора требуется выдержать максимальное приложенное к нему напряжение, в моём случае более 300V. От диода тоже, а нужен он в случае, если на аноде тиристора возможно отрицательное напряжение.

Рассмотрим работу этого «открытия». Если управляющее напряжение менее 1V – всё закрыто. Лампа не горит. В других случаях: когда начинается положительный полупериод сети, начинает заряжаться и конденсатор через цепь управления. Потенциал на управляющем электроде тиристора будет повторять потенциал на верхней обкладке конденсатора, но со сдвигом 0.6V вниз. При достижении порога открывания тиристора он и откроется. Напряжение на коллекторе транзистора станет меньше, чем на эмитере, и усиливать ток базы он уже не будет. Ток базы станет равен току эмитера (в 20…50 раз больше, чем был до открывания тиристора). Конденсатор, вследствие этого, начнёт разряжаться, напряжение на нём падать до уровня ниже уровня запуска тиристора и будет таким, пока не закроется тиристор. А закроется он при прохождении напряжения сети через ноль. Затем всё начнётся заново. И чем больше будет управляющее напряжение, тем ближе к началу полупериода откроется тиристор, ярче будет гореть лампа. Вот и всё.

Несколько наблюдений: для ламп до 100 ватт – радиатор под тиристор необязателен, при двух- и при одно-полупериодном применении ничего менять не надо (выпрямитель, конечно, нужен), подойдут тиристоры с током запуска, отличающимся не более чем в два раза в большую или меньшую сторону по сравнению с КУ 202 (КУ201, более современные с током анода 5…25А), для одно-полупериодного применения пойдут и симисторы с током анода 5…30А без других изменений. Я нигде не ставил радиатор транзистору (не грелся), ток управления тиристором должен быть не более 10 mA (не замерял), следовательно транзистор и диод на 100 mA дадут достаточную надёжность.

Мне это кажется таким простым, что даже не знаю, о чём ещё писать.
Постараюсь позже представить Вашему вниманию пару применений данной идеи.
И ещё: дико извиняюсь если всем это давно известно.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке.
Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

принцип работы и способы управления

Тиристор — электронный компонент, изготовленный на основе полупроводниковых материалов, может состоять из трёх или более p-n-переходов и имеет два устойчивых состояния: закрытое (низкая проводимость), открытое (высокая проводимость).

Это сухая формулировка, которая для тех, кто только начинает осваивать электротехнику, абсолютно ни о чём не говорит. Давайте разберём принцип работы этого электронного компонента для обычных людей, так сказать, для чайников, и где его можно применить. По сути, это электронный аналог выключателей, которыми вы каждый день пользуетес

Есть много типов этих элементов, обладающие различными характеристиками и имеющие различные области применения. Рассмотрим обычный однооперационный тиристор.

Способ обозначения на схемах показан на рисунке 1.

Электронный элемент имеет следующие выводы:

• анод — положительный вывод;
• катод — отрицательный вывод;
• управляющий электрод G.

Принцип действия тиристора

Основное применение этого типа элементов — это создание на их основе силовых тиристорных ключей для коммутации больших токов и их регулирования. Включение выполняется сигналом, переданным на управляющий электрод. При этом элемент является не полностью управляемым, и для его закрытия необходимо применение дополнительных мер, которые обеспечат падение величины напряжения до нуля.

Если говорить, как работает тиристор простым языком, то он, по аналогии с диодом, может проводить ток только в одном направлении, поэтому при его подключении нужно соблюдать правильную полярность. При подаче напряжения к аноду и катоду этот элемент будет оставаться закрытым до момента, когда на управляющий электрод будет подан соответствующий электрический сигнал. Теперь, независимо от наличия или отсутствия управляющего сигнала, он не изменит своего состояния и останется открытым.

Условия закрытия тиристора:

1. Снять сигнал с управляющего электрода;
2. Снизить до нуля напряжение на катоде и аноде.

Для сетей переменного тока выполнение этих условий не вызывает особых трудностей. Синусоидальное напряжение, изменяясь от одного амплитудного значения до другого, снижается до нулевой величины, и если в этот момент управляющего сигнала нет, то тиристор закроется.

В случае использования тиристоров в схемах постоянного тока для принудительной коммутации (закрытия тиристора) используют ряд способов, наиболее распространённым является использование конденсатора, который был предварительно заряжен. Цепь с конденсатором подключается к схеме управления тиристором. При подключении конденсатора в цепь произойдёт разряд на тиристор, ток разряда конденсатора будет направлен встречно прямому току тиристора, что приведёт к уменьшению тока в цепи до нулевого значения и тиристор закроется.

Можно подумать, что применение тиристоров неоправданно, не проще ли использовать обычный ключ? Огромным плюсом тиристора является то, что он позволяет коммутировать огромные токи в цепи анода-катода при помощи ничтожно малого управляющего сигнала, поданного в цепь управления. При этом не возникает искрения, что немаловажно для надёжности и безопасности всей схемы.

Схема включения

Схема управления может выглядеть по-разному, но в простейшем случае схема включения тиристорного ключа имеет вид, показанный на рисунке 2.

К аноду присоединена лампочка L, а к ней выключателем К2 подключается плюсовая клемма источника питания G. B. Катод соединяется с минусом питания.

После подачи питания выключателем К2 к аноду и катоду будет приложено напряжение батареи, но тиристор остаётся закрытым, лампочка не светится. Для того чтобы включить лампу, необходимо нажать на кнопку К1, сигнал через сопротивление R будет подан на управляющий электрод, тиристорный ключ изменит своё состояние на открытое, и лампочка загорится. Сопротивление ограничивает ток, подаваемый на управляющий электрод. Повторное нажатие на кнопку К1 никакого влияния на состояние схемы не оказывает.

Для закрытия электронного ключа нужно отключить схему от источника питания выключателем К2. Этот тип электронных компонентов закроется, и в случае снижения напряжения питания на аноде до определённой величины, которая зависит от его характеристик. Вот так можно описать, как работает тиристор для чайников.

Характеристики

К основным характеристикам можно отнести следующие:

• Максимально допустимый прямой ток — наибольшая возможная величина тока открытого элемента;
• Максимально допустимый обратный ток — ток при максимальном обратном напряжении;
• Прямое напряжение — падение величины напряжения при максимальном токе;
• Обратное напряжение — наибольшая допустимая величина напряжения в закрытом состоянии;
• Напряжение включения — наименьшее напряжение при котором сохраняется работоспособность электронного устройства;
• Минимальный и максимальный ток управляющего электрода;
• Максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Рассматриваемые элементы, кроме электронных ключей, часто применяются в регуляторах мощности, которые позволяют изменять подводимую к нагрузке мощность за счёт изменения среднего и действующего значений переменного тока. Величина тока регулируется изменением момента подачи на тиристор открывающего сигнала (за счёт варьирования угла открывания). Углом открытия (регулирования) называется время от начала полупериода до момента открытия тиристора.

Типы данных электронных компонентов

Существует немало различных типов тиристоров, но наиболее распространены, помимо тех что мы рассмотрели выше, следующие:

• динистор — элемент, коммутация которого происходит при достижении определённого значения величины напряжения, приложенного между анодом и катодом;
• симистор;
• оптотиристор, коммутация которого осуществляется световым сигналом.

Симисторы

Хотелось бы более подробно остановиться на симисторах. Как говорилось ранее, тиристоры могут проводить ток только в одном направлении, поэтому при установке их в цепи переменного тока, такая схема регулирует один полупериод сетевого напряжения. Для регулирования обоих полупериодов необходимо установить встречно-параллельно ещё один тиристор либо применить специальные схемы с использованием мощных диодов или диодных мостов. Все это усложняет схему, делает её громоздкой и ненадёжной.

Вот для таких случаев и был изобретён симистор. Поговорим о нем и о принципе работы для чайников. Главное отличие симисторов от рассмотренных выше элементов заключается в способности пропускать ток в обоих направлениях. По сути, это два тиристора с общим управлением, подключённые встречно-параллельно (рисунок. 3 А).

Условное графическое обозначение этого электронного компонента показано на Рис. 3 В. Следует заметить, что называть силовые выводы анодом и катодом будет не корректно, так как ток может проводиться в любом направлении, поэтому их обозначают Т1 и Т2. Управляющий электрод обозначается G. Для того чтобы открыть симистор, необходимо подать управляющий сигнал на соответствующий вывод. Условия для перехода симистора из одного состояния в другое и обратно в сетях переменного тока не отличаются от способов управления, рассмотренных выше.

Применяется этот тип электронных компонентов в производственной сфере, бытовых устройствах и электроинструментах для плавного регулирования тока. Это управление электродвигателями, нагревательными элементами, зарядными устройствами.

В завершение хотелось бы сказать, что и тиристоры и симисторы, коммутируя значительные токи, обладают весьма скромными размерами, при этом на их корпусе выделяется значительная тепловая мощность. Проще говоря, они сильно греются, поэтому для защиты элементов от перегрева и теплового пробоя используют теплоотвод, который в простейшем случае представляет собой алюминиевый радиатор.

Устройства управления вращающиеся | Возбуждение, управление и защита бесщеточных синхронных машин

Страница 8 из 11

Устройство управления вращающееся (УУВ) монтируется на ВЧ БСМ и производит управление тиристорами ПЗУ второй и третей групп БСД и тиристорами ПбВ, если в схеме последний выполняется полностью или полууправляемым. Схемы УУВ зависят от их функционального назначения. Для управления тиристорами полупроводникового ключа используются обычно стабилитронно-резисторные цепи. Управление последовательным или параллельным тиристором ПЗУ и тиристорами ПбВ производится с применением всех известных радиоэлектронных компонентов.

Часть устройства УУВ, предназначенная для управления последовательным или параллельным тиристором, включает в себя блок управления тиристорным ключом, синхронизирующий и послесинхронизирующий блоки (рис. 56). Конкретные схемы данных блоков, разработанные и применяемые зарубежными фирмами, показаны на рис. 41-48. Для питания данных блоков может использоваться напряжение, индуктируемое в ОВ, и напряжение якоря Вб, если последний возбужден.
Синхронизирующий блок УУВ производит измерение частоты и фазы переменного тока ротора СД. Импульс на включение последовательного или параллельного тиристора формируется в начале положительной полуволны переменного напряжения на ОВ по достижении заданного скольжения. Эта же схема, как правило, производит автоматическую ресинхронизацию при выпадении двигателя из синхронизма при недовозбуждении, ударной нагрузке или снижении питающего напряжения. При появлении напряжения на ОВ, превышающего напряжение ПбВ, последовательный (параллельный) тиристор ПЗУ запирается, а в цепь ОВ вводится сопротивление R, если напряжение на ее зажимах достаточно для коммутации полупроводникового ключа. Таким образом, повторяется процесс разгона двигателя.

Послесинхронизирующий блок производит подачу возбуждения на ОВ двигателя, если последний втягивается в синхронизм за счет реактивного момента, что может иметь место при малых значениях момента сопротивления. При этом используется времязависимый способ включения последовательного (параллельного) тиристора.
Рассмотренные схемы ПЗУ непрерывно совершенствуются. При этом достигается повышение надежности их работы.

Рис. 56. Структурная схема блоков УУВ управления БСД при пуске

1 — послесинхронизирующий блок; 2 — блок управления тиристорным ключом; 3 — синхронизирующий блок

Рис. 57. Схема УУВ, обеспечивающая управление БСД при пуске, синхронизации и ресинхронизации

Конкретная элементная схема УУВ БСД, предложенная в США, приведена на рис. 57. В синхронном режиме ОВ 12 СД питается от Вб 20 через преобразователь 26 и последовательные тиристоры 30 и 32. В асинхронных режимах при отрицательных значениях тока ОВ шунтируется пусковым сопротивлением на резисторах 40 и 42 через диод 48, а при положительных — через тиристор 60.

В начале отрицательного полупериода ЭДС в ОВ световоды СРЗ, СР4 оптронов получают питание через резистор 44. Первым включается питание цепи управления от выпрямителя 26, а вторым — на входе инвертора 202 создается «О» и сбрасывается «О» на счетчике 130, который начинает считать импульсы генератора 140. Если скольжение СД велико, асинхронный режим сохраняется и каждый период напряжения ОВ на счетчике 30 устанавливается «О». При малом скольжении накапливается напряжение, достаточное для срабатывания оптрона СР1 и подачи УИ на тиристор 30. Затем включается оптрон СР2 и тиристор 32. В конце счета оптроном СР5 включается тиристор, и питание цепи управления прекращается. (На рис. 57 170 и 190 — динамические триггеры; 220 — моностабильный триггер; 152, 154, 180 и 210 — логические элементы «И — НЕ». Цифры у конденсаторов показывают: числитель — емкость, мкФ; знаменатель — напряжение, В.

Для БСГ были предложены УВВ, включающие импульсные устройства управления ПбВ. В схеме БСГ на рис. 58 применены УУС и УУВ, при чем УУС осуществляет управление током в ОВВ, а УУВ содержит ИУ, питающееся от дополнительной обмотки якоря ВбС. Коррекция сигнала управления по н.с. СГ производится с помощью датчика н.с. 1.
В БСГ значительной мощности формирование ИУ может производиться с помощью специального генератора 5 с двумя обмотками возбуждения 3 и 4 по осям d и q (рис. 5 9). В цепи ротора такого генератора включен дроссель с импульсными обмотками 1А-6А, обмотками смещения 1В-6В и обмотками управления 1С-6С. На рис. 59 показана одна фаза 1 Вб и одно плечо ПбВ. Угол включения тиристоров М и 1S регулируется в зависимости от величины напряжений на неподвижных обмотках 3 и 4 специального генератора.

Рис. 58. Схема с управляемым ПбВ, УУС, УУВ и датчиком н.с. якоря

Рис. 59. Элементы схемы БСГ с управляемым ПбВ и генератором формирования ИУ

Рис. 60. Устройство для бесщеточного возбуждения синхронного генератора

Устройство возбуждения БСМ с полууправляемым ПбВ и УУВ, включающим смонтированные на вращающемся валу БСМ формирователи импульсов для включения тиристоров ПбВ и АРВ, показано на рис. 60 [114J. В качестве ИП ОВ (7а) ВбС (7) применены трансформатор тока 13 и силовой трансформатор напряжения 12, которые совместно с дросселем образуют параллельную схему фазового компаундирования. К выходу схемы фазового компаундирования подключен диодный мост 15. Якорная обмотка ВбС через полууправляемый трехфазный ПбВ (9а) соединена с ОВ1 СМ. Сигнал от трансформатора напряжения 4 и трансформатора тока 5 поступает на активное сопротивление 16, с которого напряжение подается на неподвижную обмотку ТрВ 18 через устройство 17 установки напряжения. С вращающейся обмотки ТрВ 18 сигнал поступает на АРВ 6а (на рис. 60 он охвачен внутренней штрих-пунктирной линией). Регулятор 6а состоит из выпрямителя 21; устройства базисного напряжения со стабилитронами 22-24 для согласования напряжения, поступающего с выхода выпрямителя 21, с заданным, выпрямителя 26, между входом которого и зажимом «земля»’ Е включено активное сопротивление г . С помощью этого сопротивления получается сигнал рассогласования Е между заданным и существующим уровнем напряжения на выходе СГ. УУВ, кроме того, содержит интегрирующую цепочку 27, транзистор 28 для усиления сигнала рассогласования и формирователь импульсов 2 9а-2 9с. Наружная штрих- пунктирная линия на рис. 60 охватывает ВЧ устройства. В устройстве в качестве ИП может быть применен подвозбудитель с постоянными магнитами.

Рис. 61. Двигатель мощностью 8,5 МВт фирмы (Италия) с ПЗУ третьей группы и УУВ

Рассмотренные схемы УУВ позволяют сделать вывод о том, что зарубежные фирмы все большее количество функциональных элементов БСМ располагают на вращающейся части БСМ. При этом функциональные возможности БСМ становятся такими же, как и СМ со статическим возбуждением. Конструкция ВЧ при этом не претерпевает существенных изменений из-за малости габаритов электронных устройств ВЧ, что иллюстрируется рис. 61, где показан БСД фирмы Mareili (Италия) с ПЗУ с последовательным тиристором.

Заметки для мастера — Управление нагрузкой

          Сенсорный выключатель

        Простая схема сенсорного выключателя
показана на рис.1.

Рис.1

        Основой устройства служит двойной
эмиттерный повторитель на транзисторах VT1, VT2. В эмиттер VT2 включено реле К1. При
прикосновении к сенсору переменное напряжение, наводимое в теле человека
комнатной проводкой, передается через конденсатор С1 на базу составного
транзистора, который открывается, и реле срабатывает. Диод VD1 защищает транзистор от выбросов
напряжения при размыкании, а конденсатор С2 сглаживает возникающие пульсации.

        Транзисторы – маломощные кремниевые,
например КТ315 с любым буквенным индексом. Диод – кремниевый, например Д226.
Реле – маломощное, на рабочее напряжение 9В.

          Простые схемы термореле

        Термореле, схема которого показана на
рис.2, выполнено на основе триггера Шмитта.

Рис.2

        В
качестве датчика температуры используется терморезистор. Потенциометр R1 устанавливает начальное смещение
на терморезисторе R2 и потенциометре R3. Его регулировкой добиваются
срабатывания исполнительного устройства при изменении сопротивления
терморезистора.

        В качестве нагрузки может быть
использовано не только реле, но и слаботочная лампа накаливания.

       Термореле, схема показана на рисунке 3,
имеет выходной каскад с самоблокировкой на тиристоре. Это приводит к тому, что
после срабатывания схемы выключить сигнализацию можно только после
кратковременного отключения питания устройства.

Рис.3

Шустов.М.А.

Практическая
схемотехника

               Бесконтактный выключатель освещения

          Особенность этого выключателя в том,
что его сенсор бесконтактный, он не имеет токопроводящих частей, и поэтому,
обеспечивает 100% защиту от поражения электротоком, рис.4.

Рис.4

        Дело в том, что сенсор акустический, он
реагирует на акустические колебания пластмассового корпуса выключателя, которые
имеют место при легком постукивании по нему. Таким образом, управляется
выключатель легкими постукиваниями по корпусу, и после каждого удара он меняет
свое состояние на противоположное (стук — свет включен, еще стук — свет
выключен).

        В качестве акустического сенсора
используется пьезокерамическая головка типа ГЗК от старого электрофона
(проигрывателя виниловых дисков). Такая аппаратура уже давно снята с
производства, но пьезокерамические головки с иглами еще встречаются в продаже.
В крайнем случае, вместо головки сойдет и пъезозвукоизлучатель, но стукать
нужно будет сильнее.

        При ударе, на коллекторе VT1 возникает
хаотическое переменное напряжение, которое преобразуется в положительный
импульс детектором VD1-C3. Этот импульс переключает D-триггер D1 в
противоположное исходному, положение.

        С прямого выхода D1 логический уровень
поступает на базу VT1, который управляет открывание тиристора VS1. В момент
включения электроснабжения триггер автоматически (при помощи цепи R3-C2)
устанавливается в нулевое положение, при котором VS1 закрыт и свет,
следовательно, выключен.

        При сборке нужно сделать так, чтобы
игла В1 была надежно прижата к корпусу устройства. Тиристор КУ201 можно
заменить на КУ202, мост можно заменить диодами типа КД209.

        Налаживание устройства состоит в
подборе номинала R1 таким образом, чтобы напряжение на коллекторе VT1 было
около 1.5-2V, так, чтобы при отсутствии входного сигнала, триггер воспринимал
напряжение на С3 как логический ноль. Более точным подбором R1 можно получить
желаемую чувствительность.

        Если выключатель будет на длительное
время зависать после переключения, нужно зашунтировать С3 резистором на 1-2
мегаома.

          Сенсорный переключатель на микросхеме

        На рисунке 5 показана схема сенсорного переключателя, построенного на интегральной
микросхеме таймера типа 555.

Рис.5

        Путем прикосновения
к контактной пластине можно включить, например, лампу или другое устройство.
Микросхема обладает очень большой чувствительностью: для ее переключения
достаточно, чтобы на клемму 2 был подан ток всего в 1мкА. Вывод 2 соединен с
положительно питающим напряжением через резистор R2 (2.2 – 10 МОм). При Rт = 8,2 Мом и Ст = 300 нФ реле
срабатывает примерно через 3сек. Применяя конденсатор большей емкости, можно
увеличить время включения. Однако максимальная выдержка времени не может
превышать 60 мин. В качестве реле использовано с номинальным напряжением 6 В.
Диод D1, соединен параллельно с обмоткой реле, служит для подавления всплесков
индуктивности напряжения. В зависимости от напряжения срабатывания реле
значения питающего напряжения могут находиться в диапазоне от 4,5 до 16 В.

        Схема
применима и для управления, например, квартирным звонком. Выдержку в этом
случае не имеет смысла устанавливать больше чем на 3 сек. Для автоматического
выключения аппаратуры она может составлять, например, 60 мин.

Ференци О.

«Электроника в нашем

доме»

          Простое сенсорное устройство

        Для включения различных механизмов
может быть использован сенсорный датчик, схема которого показана на рис.6.

Рис.6

        При подключении питания в дежурном
режиме датчик потребляет ток не более 0,2 мА. При касании пальцем сенсорного
контакта Е1 переменное напряжение, наведенное в теле человека, поступает на
базу транзистора VT1, выпрямляется и усиливается этим транзистором. Возникшее
на резисторе R2 постоянное напряжение открывает транзисторы VT2 и VT3, в результате чего срабатывает
электромагнитное реле К1, контакты которого включают исполнительный механизм.

        Для питания датчика следует
использовать стабилизированный источник питания напряжением 12 В. Статический
коэффициент передачи тока транзистора должен быть 80…100. Электромагнитное реле
– РЭС10 (паспорт РСТ.524.303) или РЭС9 (паспорт РСТ.524.202). Сенсорная
пластинка Е1 имеет размер 10х13 мм. Если сенсор размещают от устройства более
чем на 15 см, то его подключение осуществляют экранированным проводом, соединяя
оплетку с минусом источника питания.

Пестриков
В.М.

«Радиоэлектронные
устройства,

полезные в
быту»  

          Простое реле времени

        Если нужно отсрочить включение какого –
либо устройства (например, автоматически включить свет), можно воспользоваться
любым кварцевым будильником с электромагнитным или динамическим капсюлем и простой
схемой на тиристоре и реле, рис.7.

Рис.7

        Напряжение питания должно
соответствовать напряжению срабатывания реле.

        Если схема не будет работать, нужно
переменить полярность подключения к капсюлю будильника. Тиристор и реле можно
заменить другими, средней мощности.

          Светодиодное фотореле

Рис.8

        Известно, что практически любой
полупроводниковый кристалл обладает свойствами фотоэлемента. В прошлые времена
радиолюбители в качестве таковых использовали транзисторы в металлических
корпусах, вскрывая верхнюю часть корпуса.

        Сейчас со светодиодами полегче, и все
же работа полупроводниковых приборов в качестве фотоэлемента представляет
некоторый интерес. Особенно интересны в данном амплуа обычные индикаторные
светодиоды. Например, напряжение на АЛ307 в темноте практически равно нулю, но
стоит его поднести к настольной лампе, как светодиод начинает вырабатывать
постоянное напряжение около 1В.

        Конечно, все светодиоды, в режиме фотоэлементов
работают по – разному, и их светочувствительность существенно различается даже
для светодиодов одной марки и типа.

        На рисунке 8 показана схема простого
фотореле, реагирующего на изменение освещенности, в которой в качестве датчика
света используется индикаторный светодиод, работающий как фотоэлемент. Эту
схему можно использовать как прототип для построения других фотореле и
датчиков, со светодиодом в качестве фотоприемника.

        Светодиод HL1 используется как фотоэлемент. Он
вырабатывает напряжение, пропорционально зависящее от силы света, попадающего
на его кристалл. Поскольку светочувствительность у разных светодиодов
различается, и чтобы можно было регулировать чувствительность фотореле, в схеме
есть источник регулируемого постоянного напряжения смещения, — R1-R2.

        Резистором R2 можно регулировать начальное
напряжение на базе VT1, суммируемое с напряжением, которое вырабатывает HL1, и таким образом, регулировать
порог включения реле.

Андреев
С.А.

          Ограничитель нагревания

        Простое устройство, отключающее
нагреватель при нагреве воды до кипения можно сделать на основе датчика
вентилятора охлаждения автомобиля «Жигули» ВАЗ – 2106, рис.9.

Рис.9

        Датчик замыкает контакты при
температуре около 99 0С и размыкает их при температуре 95 0С.

        Схема предельно проста. При нагреве
жидкости до кипения контакты датчика замыкаются и шунтируют цепь управляющего
электрода тиристора, закрывая его. При этом нагрузка отключается. После
остывания жидкости до температуры около 95 0С контакты датчика размыкаются и на
управляющий электрод тиристора поступает открывающий ток через резистор R1.

        Мощность нагрузки зависит от мощности
тиристора и диодов. В данной схеме можно использовать различные тиристоры и
диоды, важно чтобы они соответствовали мощности нагрузки и напряжению сети. В
каждом конкретном случае нужно подобрать сопротивление R1 чтобы тиристор надежно открывался.

          Управление реле одной кнопкой

        Это устройство позволяет включать и
выключать нагрузку одной кнопкой. В исходном состоянии реле К1 (см. рис.10)
обесточено. При нажатии на кнопку SB1 через резистор R1 на управляющий электрод тиристора VS1 поступает положительный импульс. Тиристор открывается, и реле срабатывает,
контактами К1.2 (они на схеме не показаны) включая нагрузку. Срабатывание реле
подготавливает цепь отключения тиристора контактами К1.1.

Рис.10

        Следующее нажатие на кнопку SB1 приводит к тому, что напряжение с
заряженного конденсатора С1 прикладывается к тиристору в обратной полярности. В
результате тиристор VS1 закрывается, реле К1 выключается, обесточивая нагрузку.
Устройство готово к очередному нажатию на кнопку SB1.

        В устройстве можно использовать реле
РЭС22, РЭС6 на соответствующее напряжение срабатывания. Вместо тиристора КУ202М
подойдет любой из серии КУ202 и КУ201. Необходимый ток срабатывания реле
устанавливают подбором резистора R1.

Омельяненко
А.

г.Мегиом

Тюменской
обл.

          Безопасное управление
тиристорами

        На рис.11 показана схема тиристорного
выключателя переменного тока.

Рис.11

        Когда замкнуты контакты тумблера SA1, то в какой – либо полупериод сети
ток утечки обратновключенного тиристора становиться током, открывающим
прямовключенный. В результате оба полупериода напряжения сети поступают в
нагрузку Rн.

        При размыкании контактов тумблера
тиристоры перестают открываться, нагрузка отключается.

        Преимущество такого выключателя
заключается в том, что ток, протекающий через контакты тумблера, значительно
меньше, чем ток через нагрузку, а значит, что можно, практически, не опасаться  использовать маломощный тумблер на более
мощную нагрузку.

Ладыка А.

г.
Санкт-Петербург

Способы и устройства управления тиристорами

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое осуществляется подачей сигнала на управляющий электрод. Существует несколько методов управления тиристорами: амплитудный, фазовый, широтно-импульсный.

Амплитудный метод управления основан на зависимости напряжения переключения тиристора U_n от величины тока управления. При этом увеличение тока управления I_У приводит к уменьшению напряжения переключения рис.34.1,а, то есть каждому уровню тока управления соответствует определенный уровень анодного напряжения U_n, при котором включается тиристор. К недостаткам амплитудного метода управления следует отнести, во-первых, неоднозначность характеристик вход-выход (зависимость выходного напряжения от величины сигнала управления) тиристорного усилителя, обусловленную значительным разбросом входных характеристик тиристоров и их существенной зависимостью от температуры, и во-вторых, увеличенные потери в тиристоре за счет протекания тока через управляющий переход в течение всего периода питающего напряжения.

Этот способ управления тиристором используется только при питании усилителя переменным током рис.34.1,б и находит весьма ограниченное применение из-за отмеченных недостатков.

Фазовый метод управления основан на изменении фазы управляющего сигнала относительно фазы питающего анодную цепь тиристора переменного напряжения. Этот метод можно подразделить на амплитудно-фазовый, при котором на управляющий электрод тиристора подается синусоидальное напряжение, фаза которого изменяется относительно фазы питающего (анодного) напряжения, и фазоимпульсный рис.34.1,в, когда тиристор открывается импульсом тока с регулируемой фазой. При первом способе управления процессы открытия тиристора полностью аналогичны процессам, происходящим при амплитудном управлении, но при этом диапазон регулирования существенно расширяется. Более рациональным является фазоимпульсное управление, обеспечивающее наилучшие энергетические характеристики тиристорных усилителей.

При этом способе управления в качестве управляющего сигнала используются импульсы, длительность которых, как правило, не превышает полупериода питающего напряжения. Учитывая, что время включения тиристора мало, для управления им используют обычно кратковременные импульсы длительностью от нескольких единиц до сотен микросекунд. Амплитуда управляющих импульсов тока должна превышать ток управления спрямления I_У.С.

Изменяя фазу управляющих импульсов в пределах 0<α<π, регулируют напряжение в нагрузке от максимального значения до нуля. При этом методе управления полностью исключается влияние разброса входных параметров тиристора, температуры окружающей среды и p-n переходов, а также формы питающего напряжения на характеристики вход-выход усилителя. К достоинствам фазового метода управления следует отнести также малые потери в управляющем переходе тиристора благодаря кратковременности управляющего импульса. Этот метод получил наибольшее распространение в тиристорных усилителях любой мощности.

Широтно-импульсное управление тиристором основано на изменении соотношения между длительностью открытого и закрытого состояния тиристоров (на изменении скважности) рис.34.1,г. Оно применяется в тиристорных усилителях с выходом как на переменном, так и на постоянном токе. В обоих случаях изменяется соотношение между числом полупериодов питающего напряжения, приложенных к нагрузке через открытый тиристор, и числом полупериодов, приложенных к закрытому тиристору. Управляющие сигналы Uу могут вырабатываться в виде прямоугольных импульсов с переменной скважностью или в виде серии (пачек) кратковременных Uу.имп c переменной скважностью, подаваемых в начале полупериодов питающего напряжения. Этот метод управления может использоваться при построении тиристорных усилителей любой мощности. При этом наиболее эффективно использовать его при питании усилителей от сети постоянного тока.

К существенным недостаткам широтно-импульсного метода управления следует отнести значительно меньшее быстродействие усилителя, чем в случае применения фазового метода управления тиристором, в связи с тем, что время чистого запаздывания при широтно-импульсном управлении составляет несколько периодов питающего напряжения.

При фазовом методе управление тиристором желательно осуществлять с помощью импульсного сигнала малой длительности, несколько превышающей время включения тиристора. Требуемый диапазон изменения фазы управляющего импульса в зависимости от типа усилителя мощности может лежать в приделах от долей полупериода до периода питающего напряжения. При построении многофазных усилителей должна обеспечиваться также максимально возможная симметрия управляющих импульсов во избежание появления в нагрузке постоянной составляющей тока, которая нарушает нормальный режим работы устройства.

При формировании управляющего сигнала необходимо обеспечить достаточно крутой передний фронт импульса, что уменьшает потери в тиристоре при включении, а также повышает симметрию управляющих импульсов.

Фазовый метод управления может быть реализован несколькими способами.

Вертикальный способ управления рис.34.2 основан на сравнении переменного (опорного) и постоянного напряжения сигнала управления. При равенстве мгновенных значений этих напряжений вырабатывается импульс, который усиливается и подается на управляющий электрод тиристора. Изменение фазы управляющего импульса достигается изменением уровня сигнала управления постоянного тока.

Рисунок 34.2. Вертикальный способ управления тиристорами: а- структурная схема устройства; б- графики изменения сигналов

Опорное напряжение, например, пилообразной формы вырабатывается генератором переменного напряжения ГПН рис.34.2,а и синхронизируется с напряжением сети с помощью синхронизирующего устройства СУ, подается на устройство сравнения УС, на которое одновременно подается и управляющее напряжение с предварительного усилителя ПУ. Сигнал устройства сравнения поступает на формирователь импульсов ФИ, а затем виде мощного регулируемого по фазе импульса подается на управляющий электрод тиристора. Функции отдельных устройств могут быть совмещены.

Управление тиристорами с помощью импульсных трансформаторов рис 34.3 основано на изменении момента перемагничивания насыщающегося трансформатора при одновременном воздействии на него переменного и постоянного тока. В отличие от ранее рассмотренного способа управления здесь сравнение опорного и управляющего сигналов производится по ампервиткам переменного и постоянного тока, намагничивающего импульсный трансформатор ИТ рис.34.3,б При равенстве намагничивающих сил IcW₁ и IуW₃ в момент θ=ά сердечник трансформатора ИТ перемагничивается и на обмотке W₂ возникает импульс напряжения Uит.

Напряжение на ИТ рис.34.3,а подается от генератора переменного тока ГПТ и предварительного усилителя ПУ. Как и в предыдущем случае, полученный сигнал подается на формирователь импульсов ФИ, в качестве которого может использоваться ждущий блокинг-генератор, маломощный тиристорный усилитель и т.п.

При горизонтальном управлении управляющий импульс формируется в момент перехода синусоидального напряжения через ноль, а изменение его фазы обеспечивается изменением фазы синусоидального напряжения, то есть смещением этого напряжения по горизонтали. Оно не нашло широкого распространения.

Поскольку для управления тиристорами требуется предварительное усиление, то в динамическом отношении тиристорный усилитель может быть представлен в виде произведения передаточных функций трех типовых звеньев – входного усилителя, тиристорного преобразователя и нагрузки:

Рисунок 34.3. – Управление с помощью импульсных трансформаторов: а – структурная схема устройства; б – схема импульсного трансформатора; в – графики изменения сигналов

Передаточная функция тиристорного преобразователя может быть представлена в виде передаточной функции звена с чистым запаздыванием.

Как работает тиристорная схема »Электроника

Существует множество схем тиристоров / тиристоров, которые могут управлять как постоянным, так и переменным током — часто в цепях управления переменным током используется разность фаз на затворе для управления уровнем протекающего тока.

Конструкция схемы тиристора Включает:
Праймер для разработки схемы тиристора
Схема работы
Конструкция пусковой / пусковой цепи
Лом перенапряжения
Цепи симистора

Тиристорные цепи SCR широко используются для управления мощностью систем постоянного и переменного тока.В схемах используется множество различных методов для управления потоком тока нагрузки, но все они требуют, чтобы затвор сработал и напряжение на аноде с катода было снято, чтобы остановить ток. Понимание того, как работает схема тиристора / тиристора, упрощает их проектирование.

Во многих схемах тиристоров переменного тока и тиристора используется переменная разность фаз сигнала, создаваемого на затворе, для управления частью формы волны, по которой проводит тиристор. Этот тип схемы относительно легко спроектировать и построить.

Тиристор постоянного тока / цепь SCR

Есть много приложений, где требуется цепь SCR для управления работой нагрузки постоянного тока. Его можно использовать для двигателей постоянного тока, ламп или любой другой нагрузки, требующей переключения.

Базовая схема SCR, приведенная ниже, может управлять мощностью нагрузки с помощью небольшого переключателя, чтобы инициировать подачу питания на нагрузку.

Базовая схема тиристора постоянного тока / тиристора

Изначально при замкнутом S1 и разомкнутом S2 ток не протекает.Только когда S2 замкнут и запускает затвор, вызывая протекание тока затвора, схема SCR включается и ток течет в нагрузке.

Ток будет продолжать течь до тех пор, пока не будет прервана анодная цепь. Это можно сделать с помощью S1. Альтернативный метод состоит в том, чтобы поместить переключатель S1 на тиристор, и, мгновенно замкнув его, напряжение на тиристоре исчезнет, ​​и тиристор перестанет проводить.

В результате их функций в этой схеме SCR S1 может называться выключателем, а S2 — выключателем.В этой конфигурации S1 должен иметь возможность проводить ток полной нагрузки, в то время как S2 должен иметь возможность проводить ток затвора. Как только тиристор включен, переключатель можно отпустить и оставить в разомкнутом состоянии, поскольку действие тиристора поддерживает ток через устройство и, следовательно, нагрузку.

Резистор R1 подключает затвор к питанию через переключатель. Когда переключатель S2 замкнут, ток проходит через резистор, попадает в затвор и включает тиристор. Резистор R1 должен быть рассчитан так, чтобы обеспечить достаточный ток затвора для включения цепи SCR.

R2 включен для снижения чувствительности SCR, чтобы он не срабатывал при возникновении любого шума, который может быть уловлен.

Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора

При использовании переменного тока с тиристорной схемой необходимо внести несколько изменений, как показано ниже.

Причина этого заключается в том, что питание переменного тока меняет полярность в течение цикла. Это означает, что SCR станет смещенным в обратном направлении, эффективно уменьшая анодное напряжение до нуля, вызывая его отключение в течение одной половины каждого цикла.В результате отпадает необходимость в выключателе, поскольку это достигается при использовании источника переменного тока.

Базовая схема тиристора переменного тока / тиристора

Работа схемы немного отличается от схемы тиристора постоянного тока. Когда переключатель включен, схема должна будет дождаться, пока не появится достаточное анодное напряжение, пока форма волны переменного тока продвигается вдоль своего пути. Кроме того, схеме SCR необходимо будет подождать, пока напряжение в секции затвора схемы не сможет обеспечить достаточный ток для запуска SCR.Для этого переключатель должен находиться в закрытом положении.

После срабатывания SCR остается в проводящем состоянии в течение положительной половины цикла. По мере падения напряжения наступит момент, когда напряжение на аноде и катоде окажется недостаточным для поддержания проводимости. На этом этапе SCR перестанет проводить.

Тогда в течение отрицательной половины цикла SCR не будет работать. Только когда вернется следующая положительная половина цикла, процесс повторится.

В результате эта схема будет работать только тогда, когда переключатель затвора находится в закрытом положении.

Одна из проблем с использованием схемы SCR такого рода заключается в том, что она не может подавать более 50% мощности на нагрузку, потому что она не проводит ток в течение отрицательной половины цикла переменного тока, потому что SCR имеет обратное смещение.

AC SCR цепь с управлением фазой затвора

Можно контролировать количество энергии, достигающей нагрузки, изменяя долю полупериода, в течение которого проводит SCR. Это может быть достигнуто с помощью схемы SCR, которая включает управление фазой входного стробирующего сигнала.

Формы сигналов тиристорной цепи переменного тока

Используя схему SCR с управлением фазой, можно увидеть, что сигнал затвора SCR получается из RC-цепи, состоящей из R1, VR1 и C1 перед диодом D1.

Как и в случае с базовой схемой тиристора переменного тока, интерес представляет только положительный полупериод сигнала, поскольку тиристор смещен в прямом направлении. В течение этого полупериода конденсатор C1 заряжается через цепь резисторов, состоящую из R1 и VR1, от напряжения питания переменного тока. Видно, что форма волны на положительном конце C1 отстает от формы входной волны, и затвор срабатывает только тогда, когда напряжение на верхнем конце конденсатора поднимается достаточно, чтобы запустить SCR через D1.В результате точка включения SCR задерживается по сравнению с той, которая обычно имела бы место, если бы RC-сеть отсутствовала. Установка значения VR1 изменяет задержку и, следовательно, пропорцию цикла, в которой работает SCR. Таким образом можно регулировать мощность нагрузки.

Схема тиристора переменного тока с управлением фазой затвора

Включен последовательный резистор R1, чтобы ограничить минимальное значение для цепи резисторов значением, которое обеспечит приемлемый уровень тока затвора для SCR.

Обычно, чтобы обеспечить полный контроль над 50% цикла, доступного для проведения с помощью SCR, фазовый угол сигнала затвора должен варьироваться от 0 ° до 180 °.

Эти схемы дают некоторые из основных концепций, лежащих в основе проектирования схем тиристоров / тиристоров. Они демонстрируют основные операции того, как они работают и как их можно использовать.

Одна из основных проблем, о которых следует помнить при проектировании тиристорных схем, — это рассеиваемая мощность. Поскольку эти схемы часто работают с высоким напряжением и высокими уровнями мощности, рассеяние мощности может быть основным фактором в конструкции и работе схемы.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем

Возврат в меню проектирования схем. . .

тиристоров в цепях переменного тока

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Описать методы управления мощностью переменного тока с помощью тиристоров
• • Полуволновое и полноволновое управление
• • Базовое резистивное управление.
• • Фазовое управление.
• • Контроль уровня.
• • Импульсный запуск.
• • Синхронное переключение или переключение при переходе через ноль.
• Разберитесь в работе схемы для различных методов срабатывания тринистора.
• Описать методы безопасной изоляции устройств среднего и высокого напряжения.

Базовый резистивный контроль

Тиристоры обычно используются в цепях управления питанием переменного тока, таких как диммеры освещения, регуляторы скорости двигателя переменного тока, нагреватели и т. Д.где сетевое (линейное) напряжение используется для нагрузок в много ватт или часто киловатт. Целью управления переменным током является запуск SCR на части в течение каждого цикла переменного тока, чтобы ток нагрузки через SCR отключался на часть цикла переменного тока, таким образом ограничивая средний ток, протекающий через SCR, и, следовательно, среднюю передаваемую мощность. к нагрузке.

Рис. 6.2.1 Базовая схема резистивного управления

Самый простой способ достижения этого показан на рис. 6.2.1, где тиристор включается подачей синусоидальной волны низкого напряжения (полученной от входа переменного тока простой резисторной цепью, содержащей переменный потенциометр) на вывод затвора. SCR.Обратите внимание, что поскольку входная волна затвора получается из переменного тока, протекающего через тиристор, она будет состоять только из выпрямленных полуволновых импульсов. Эффект этой входной волны заключается в том, что SCR будет включаться только тогда, когда форма волны затвора достигает потенциала срабатывания SCR, что происходит на полпути в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока. После включения тиристора он продолжает проводить до тех пор, пока волна переменного тока не упадет до уровня чуть выше нуля вольт, когда ток, протекающий между анодом и катодом, упадет до значения, меньшего, чем порог ‘удерживающего тока’ (показан в тиристорном модуле 6.0 рис. 6.0.3). Затем тиристор остается в непроводящем состоянии в течение отрицательного полупериода волны переменного тока, поскольку теперь он смещен в обратном направлении (в режиме обратной блокировки) в течение оставшейся части цикла переменного тока. Когда начинается следующий положительный полупериод, тиристор остается в непроводящем состоянии до тех пор, пока сигнал запуска на выводе затвора снова не достигнет своего пускового потенциала.

Рис. 6.2.2 Активное срабатывание SCR

Время или фазовый угол, при котором срабатывает тиристор, можно изменять, изменяя амплитуду сигнала затвора.Как видно из анимации на рис. 6.2.2. чем меньше амплитуда стробирующего сигнала, тем позже включается тиристор. Таким образом, изменение амплитуды сигнала триггера контролирует время включения SCR. Однако обратите внимание, что, поскольку тиристор в основном представляет собой выпрямительный диод, он проводит только половину цикла переменного тока, поэтому один тиристор может выдавать только 50% доступной мощности переменного тока. Кроме того, при использовании этой очень простой формы управления током, протекающим через тиристор, можно управлять только в течение половины положительного полупериода, то есть четверти полного цикла переменного тока.Можно видеть, что как только время включения достигает пика амплитуды волны переменного тока, его нельзя регулировать дальше, так как пиковая амплитуда сигнала запуска больше не будет достигать потенциала срабатывания затвора SCR и поэтому не будет запускать SCR после эта точка.

Рис. 6.2.3 Управление переменным током с помощью резисторов

Рис. 6.2.3 Видео недоступно в формате для печати

Из анимации и видео на рис. 6.2.3 также видно, что при использовании простого резистивного метода управление не очень линейное; первоначально ток через SCR изменяется только на относительно небольшую величину, но есть более быстрое изменение непосредственно перед прекращением проводимости.Внимательно посмотрите на вставку с изображением лампы на видео; он начинает заметно тускнеть только тогда, когда время переключения приближается к пиковому значению волны переменного тока.

Рис. 6.2.4 Методы управления полноволновым тиристором

Полноволновое управление SCR

Базовая операция SCR, описанная выше, может быть значительно улучшена с помощью некоторых простых модификаций. Возможно, самым большим недостатком простого резистивного управления является то, что диапазон регулировки может покрывать только 25% всей волны переменного тока.Это происходит из-за того, что диодный тиристор проводит только положительную половину волны переменного тока. Чтобы обеспечить проводимость во время прохождения отрицательной половины волны переменного тока, переменный ток можно выпрямить с помощью двухполупериодного выпрямителя, как показано на рис. 6.2.4 (a). Поскольку обе половины волны переменного тока теперь будут положительными, диапазон регулировки теперь увеличен почти до 50%. Альтернативой является использование второго SCR, соединенного встречно-параллельно, как показано на рис. 6.2.4 (b), чтобы один SCR работал во время положительных полупериодов, а другой SCR — во время отрицательных полупериодов.Однако такое параллельное расположение тиристоров также можно получить, просто используя один симистор вместо двух тиристоров.

Рис. 6.2.5 Демонстрационная схема управления фазой SCR

Контроль фазы SCR

Для достижения практически 100% -ного контроля волны переменного тока при регулировке фазы просто заменяется один из резисторов в резистивной цепи управления на конденсатор. Теперь это преобразует цепь резисторов в переменный фильтр нижних частот, который будет сдвигать фазу волны переменного тока, подаваемой на затвор.Подробную информацию о том, как работает фильтр нижних частот, можно найти здесь, но в основном значения C и R выбраны таким образом, чтобы регулировка R1 обеспечивала сдвиг фазы от 0 ° до почти 90 °. Чтобы быть эффективным, изменение R1 должно приводить к значительным изменениям в поведении нагрузочного устройства (в данном случае лампы на 12 В, 100 мА). Однако, помимо сдвига фазы сигнала затвора, RC-фильтр также будет изменять амплитуду формы сигнала затвора, поэтому амплитуда сигнала затвора также должна поддерживаться выше пускового потенциала выбранного типа SCR для переключения иметь место.Из этих условий видно, что расчет подходящих значений для R и C для обеспечения надлежащего управления зависит как от фазы, так и от амплитуды, поэтому может быть довольно сложным. Поэтому, скорее всего, также потребуются некоторые практические эксперименты со значениями R и C.

Рис. 6.2.6 Управление фазой SCR

Рис. 6.2.6 Видео недоступно в формате для печати

Видео на рис. 6.2.6 показывает рабочую схему с использованием значений компонентов, показанных на рис.6.2.5. Наблюдая за яркостью лампы вместе с изменяющейся формой волны, показанной на вставленном изображении, можно увидеть, что использование фазового управления действительно дает значительно лучший контроль почти на всех 180 ° каждого полупериода по сравнению с простым резистивным управлением.

Контроль уровня SCR

Рис. 6.2.7 Контроль уровня SCR

Другой способ включения тиристора в соответствующую часть цикла переменного тока — подать напряжение постоянного тока на затвор в течение времени, которое тиристор должен проводить.Следовательно, постоянный ток, приложенный к затвору, будет импульсом переменной ширины с уровнем напряжения, достаточным для того, чтобы заставить тиристор проводить. Эти импульсы должны быть синхронизированы с выпрямленной волной переменного тока, чтобы они всегда начинались и заканчивались в правильное время относительно формы волны переменного тока.

Анимация на рис. 6.2.7 иллюстрирует основной метод запуска SCR с использованием управления уровнем. SCR запускается (включается) в течение каждого полупериода выпрямленного переменного тока напряжением V _g , приложенным к затвору SCR.SCR отключается в конце каждого полупериода, когда напряжение на SCR падает почти до нуля, что также совпадает с концом запускающего импульса V _g . Импульсы постоянного тока могут генерироваться в цифровом виде, с использованием выхода компьютера или дискретной компонентной схемы, такой как показанная ниже на рис. 6.2.8, в которой используется моностабильный таймер 555. Эта схема предлагает простой и недорогой метод демонстрации работы тринистора с использованием только низких напряжений. Используются два блока питания, заштрихованная область на рис.6.2.8 — это демонстрационный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, который изолирует демонстрационную схему от сети (линии). На контрольную секцию цепи должно подаваться постоянное напряжение от 5 В до 12 В. Это может быть либо отдельный источник питания постоянного тока (например, «настенная бородавка»), либо специальный регулируемый источник питания IC, либо батарея. Секция управления схемы (черная) также изолирована от секции переменного тока (красная) двумя оптопарами, IC1 и IC3. Поскольку эта схема уже изолирована от сетевого напряжения с помощью T1, казалось бы, нет необходимости использовать второй метод изоляции в IC1, однако основная функция IC1 в данном случае не изоляция, а действие как детектор перехода через ноль.

Рис. 6.2.8 Цепь запуска уровня SCR

Рис. 6.2.9 Формы сигналов запуска уровня SCR

Демонстрационная схема запуска уровня

Схема на рис. 6.2.8 включает тиристор в момент времени, выбранный настройкой VR1, в течение каждого положительного полупериода переменного тока от низковольтного источника питания (форма сигнала A). SCR снова отключается, когда выпрямленное напряжение переменного тока падает почти до нуля в конце каждого полупериода. Схема управления основана на микросхеме таймера 555, работающей в моностабильном режиме, и двух оптопарах 4N25.

Помимо изоляции цепи 555 от входящего переменного тока, IC1 (4N25) выдает синхронизирующий импульс (форма сигнала B на рис. 6.2.9). Это достигается за счет смещения IC1 в режиме общего коллектора, так что его выходной транзистор проводит большую часть входного двухполупериодного переменного тока, создавая высокое (5 В) напряжение на выводе 4, но выключается, когда волна переменного тока приближается к 0 В, создавая выходной сигнал 0 В. на выводе 4 микросхемы IC1. Эти импульсы используются для запуска моностабильного модуля 555 (IC2) в начале каждого полупериода.

Каждый раз, когда срабатывает IC2, его выход на выводе 3 становится высоким в течение времени, установленного постоянной времени, создаваемой переменным резистором VR1 и конденсатором синхронизации C1.Обратите внимание, что VR1 также подключен параллельно резистору R4 на 27 кОм. Целью этого является достижение более точной постоянной времени, чем это возможно при использовании только предпочтительных значений VR1 и C1. Также можно было бы установить предварительно установленный резистор вместо R4 для получения точной длительности запускающего импульса высокого уровня, создаваемого IC2.

Рис. 6.2.10 Срабатывание по уровню SCR

Рис. 6.2.10 Видео недоступно в формате для печати

Обратите внимание, что запускающий импульс, создаваемый IC2 (форма сигнала C на рис.6.2.9) переходит в высокий уровень сразу после получения синхронизирующего импульса, который включает SCR в начале полупериода. Кроме того, когда импульс запуска возвращается на низкий уровень, это не отключит SCR, он будет продолжать работать до конца полупериода; это не то, что нужно. Однако форма сигнала C инвертируется под действием оптрона IC3, поскольку его выходной транзистор подключен в режиме общего эмиттера. Следовательно, SCR срабатывает во время последнего периода полупериода выпрямленного переменного тока (форма сигнала D на рис.6.2.9). Обратите внимание, что форма сигнала D не похожа на инверсию сигнала C, потому что, как только SCR запускается, вход затвора (вместе с анодом и катодом) повторяет форму выпрямленной волны переменного тока с момента запуска до момента его запуска. достигает 0 В.

Обратите внимание, что схема запуска уровня, описанная здесь и показанная в работе на видео на рис. 6.2.10, не предназначена конкретно для представления практической схемы для управления высоким напряжением, а как демонстрационный образец, позволяющий изучить управление SCR. .Таким образом, этот модуль дает возможность более глубоко изучить режимы запуска SCR, используя низковольтный источник питания переменного тока, описанный в модуле SCR 6.0, и создавая схемы запуска на макетной плате. Однако на практике есть некоторые недостатки срабатывания по уровню, которые можно преодолеть с помощью импульсного запуска.

Запуск импульса SCR

Использование запуска по уровню, как описано выше, имеет недостаток, заключающийся в создании тока затвора в течение всего периода включения SCR.Это создает ненужный ток затвора и в приложениях с высокой мощностью может увеличить тепло, выделяемое на переходе 2 SCR, что, в свою очередь, может снизить долговременную надежность.

Модификация схемы, показанной на рис. 6.2.8, проиллюстрирована на рис. 6.2.11. Эта схема генерирует одиночный узкий импульс (длительностью около 4 мкс) для запуска SCR при выбранном угле включения, затем SCR продолжает проводить до тех пор, пока прямой ток не упадет до значения, меньшего, чем значение удерживающего тока около 0 В, что значительно снижает средний затвор. Текущий.

Рис. 6.2.11 Цепь запуска импульса SCR

Как работает схема запуска импульса

Часть рис. 6.2.11, показанная бледно-серым цветом, работает так же, как уже было описано для рис. 6.2.8; Выход IC2 (моностабильный) состоит из положительных импульсов переменной ширины (форма сигнала A, показанная на рис. 6.2.12), где задний фронт каждого импульса определяет угол включения SCR. (Обратите внимание, что в схеме запуска по уровню этот сигнал инвертируется перед подачей на затвор, так что задний фронт становится нарастающим фронтом для запуска SCR).На рис. 6.2.11 перед тем, как выходной сигнал IC2 будет инвертирован, он дифференцируется C3 и R5 для создания серии узких 4 мкс положительных и отрицательных импульсов, соответствующих нарастающим и спадающим фронтам сигнала A. Эти узкие импульсы подаются на общий коллектор (эмиттерный повторитель) задающего транзистора Tr1 через R6. Диод D2 на эмиттере Tr1 удаляет положительные импульсы (за исключением небольшого остатка из-за потенциала прямого перехода диода).

Рис. 6.2.12 Формы сигналов запуска импульса SCR

Отрицательные импульсы (форма волны B) на эмиттере Tr1 инвертируются импульсным трансформатором 1: 1 T2 путем соединения вторичной обмотки T2 в противофазе с первичной обмоткой T2 (обратите внимание на точки индикатора фазы рядом с первичной и вторичной обмотками), таким образом создавая положительные триггерные импульсы для SCR.Т2 также действует как изолятор между цепью управления постоянного тока низкого напряжения и тиристором переменного тока более высокого напряжения. На рис. 6.2.12 форма волны C показывает форму волны катода SCR, причем быстрый нарастающий фронт соответствует времени запуска импульса, подаваемого на затвор через токоограничивающий резистор R8; это снижает ток, подаваемый каждым импульсом запуска, примерно до 100 мкА.

Цепи запуска по уровню и импульсного запуска обеспечивают надежный запуск и настройку почти на всех 360 ° волны переменного тока 50 Гц.Для работы на частоте 60 Гц может потребоваться некоторая регулировка постоянной времени моностабильности. Уровень напряжения питания постоянного тока не критичен, от 5 до 12 В.

Рис. 6.2.13 Кривые пересечения нуля SCR

Синхронное переключение (переход через нуль)

Однако проблема существует со всеми описанными выше методами управления. Форма выходного сигнала переменного тока, когда SCR включается в течение каждого положительного полупериода волны переменного тока, имеет очень быстрое время нарастания, поскольку ток через SCR внезапно переключается с нуля на мгновенное значение волны переменного тока.При использовании источника переменного тока 230 В это резкое изменение может составлять около 325 В (пиковое значение волны переменного тока). Форма волны также может быть острым треугольным всплеском, если SCR включается после достижения пикового значения волны. В любом случае форма волны переменного напряжения, создаваемая действием SCR, будет богата гармониками, которые могут вызвать серьезный уровень электромагнитных помех (ЭМИ), вызывающих проблемы не только для других подключенных схем; Помехи также могут излучаться на другие расположенные поблизости электронные устройства в виде радиочастотных помех (r.е.и.), поскольку создаваемые гармоники могут распространяться в радиодиапазоны. Чтобы избежать этих проблем, можно использовать альтернативные методы контроля. Один из таких методов, называемый «синхронное переключение или переключение с переходом через нуль», заключается в том, чтобы разрешить тиристорам переключаться только тогда, когда форма напряжения сети равна нулю или очень близка к ней. Затем тиристор включается на определенное количество циклов, а затем снова выключается (когда напряжение переменного тока проходит через 0 В) еще на количество циклов. Затем можно изменить соотношение циклов включения и выключения, чтобы обеспечить изменение средней мощности, подаваемой на нагрузку.Рис. 6.2.13 иллюстрирует теоретический метод достижения нулевого переключения кроссовера. Практическая демонстрационная схема показана на рис. 6.2.14, а фактические формы сигналов, полученные из схемы, показаны на рис. 6.2.15.

Форма сигнала A на рис. 6.2.15 показывает форму сигнала 18Vpp, 100 Гц, приложенную к схеме перехода через нуль от двухполупериодного выпрямленного источника переменного тока и мостового выпрямителя (затенено серым на рис. 6.2.14).

Форма сигнала B представляет собой серию импульсов 5 В, полученных от оптопары IC1.Поскольку транзистор оптопары включен в течение большей части положительного полупериода входа переменного тока, это делает эмиттер высоким, за исключением узкого импульса, поскольку эмиттер падает с 5 В до 0 В каждый раз, когда вход переменного тока падает до 0 В. Таким образом, эти импульсы синхронизируются с точкой нулевого напряжения формы сигнала A.

Однако, поскольку для запуска SCR необходимы положительные импульсы запуска, импульсы в точке B инвертируются Tr1 для создания формы сигнала C.

Форма сигнала

D является выходным сигналом автономного нестабильного генератора 555 IC2, который генерирует прямоугольные импульсы с частотой повторения импульсов около 7 Гц и переменной скважностью, регулируемой VR1.Эта форма сигнала используется для управления соотношением времени включения и выключения SCR. Поскольку SCR будет высоким (включенным) в течение нескольких полупериодов 100 Гц, затем низким (выключенным) в течение нескольких полупериодов. Отношение метки к пространству прямоугольной волны, создаваемой IC2, регулируется VR1, чтобы обеспечить время включения примерно от 20% до 90% от периодического времени нестабильного выхода. Более подробно работа IC2 описана в Модуле 4.4 генераторов.

Выходы Tr1 (форма сигнала C) и IC2 (форма сигнала D) подаются на два входа логического элемента И (IC3).Выход IC3 переходит в логическую 1 только тогда, когда оба входа находятся на логической 1. Это создает серию узких положительных пусковых импульсов (форма сигнала E) для запуска SCR только в начале этих полупериодов, когда форма сигнала D имеет высокий уровень. Создаваемые импульсы запуска подаются на Т2, изолирующий импульсный трансформатор 1: 1, через транзистор Tr2 драйвера эмиттерного повторителя. Вторичная обмотка T2 подает триггерные импульсы на затвор SCR через резистор ограничителя тока R11 и диод D3. Форма волны затвора (форма волны F) практически идентична форме волны выходного сигнала на катоде SCR, поскольку между затвором и катодом SCR существует лишь небольшая разница в напряжении.

Рис. 6.2.14 Цепь управления переходом через ноль SCR

* Примечание по безопасности: Как правило, резисторы 0,25 Вт подходят для этой конструкции, но если цепь работает в течение длительного времени без источника переменного тока, но при этом источник постоянного тока все еще включен, существует вероятность того, что R11 (47R 0,25 Вт) может перегреться. , так как в этих условиях он будет пропускать повышенный ток из-за сигнала E, являющегося версией нестабильного выхода с более высоким током (форма сигнала D). Чтобы избежать перегрева, R5 можно заменить версией с более высокой мощностью, или, предпочтительно, всегда должны быть отключены источники переменного и постоянного тока, когда цепь не работает!

Рис.6.2.15 Формы сигналов Рис. 6.2.14 Схема

Рис. 6.2.16 SCR Zero Crossing

Схема макетной платы

SCR Работа цепи с нулевым переходом

В этой демонстрационной схеме снова используется двухполупериодный выпрямленный источник переменного тока низкого напряжения (12 В _RMS ), описанный ранее и затененный серым цветом на рис. 6.2.14.

Рис. 6.2.14. использует два разных метода изоляции и демонстрирует, как метод контроля перехода через нуль может быть реализован с использованием стандартных компонентов.Он не предназначен для представления какого-либо конкретного коммерчески доступного решения и не предназначен для представления наилучшего доступного метода. Целью схем управления затвором SCR, обсуждаемых в этом модуле, является предоставление полезных демонстраций широко используемых методов управления и среды низкого напряжения для соответствующих экспериментов. Они могут быть построены недорого на стандартном макете или плате, как показано на рис. 6.2.16, в качестве полезных демонстраций или студенческих проектов. В этих проектах используются низкие напряжения, чтобы поддерживать более безопасную окружающую среду, но узнайте больше об электронике.org не заявляет и не предполагает, что любая электронная схема является полностью безопасной, выбор построения и / или использования схем и методов, описанных на этом сайте, осуществляется исключительно на ваш страх и риск.

Видео на рис. 6.2.17 показывает эффект управления переходом через ноль при использовании для уменьшения яркости лампы. Обратите внимание на выраженное мерцание, возникающее при включении и выключении SCR на низких частотах, показывая, что это решение, устраняя одну проблему управления SCR (помехи), создает другую — низкую скорость переключения и связанное с этим мерцание.Однако, хотя это может быть проблемой для приложений освещения, это не проблема для приложений с медленно меняющимися значениями, такими как управление нагревом. Таким образом, переход через нуль может быть эффективным для контроля температуры путем изменения средней мощности, подаваемой на нагревательный элемент. Кроме того, из-за отсутствия быстро изменяющихся скачков напряжения при управлении переходом через ноль он больше подходит для использования с индуктивными нагрузками, чем схемы управления, которые переключаются во время цикла переменного тока.

Рис.6.2.17 SCR Zero Crossing Control

Рис. 6.2.17 Видео недоступно

в формате для печати

Как работают тиристоры? | Сравнение тиристоров и транзисторов

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 мая 2021 г.

Транзисторы — крошечные электронные компоненты
которые изменили мир: вы найдете их в
все от калькуляторов и
компьютеры для
телефоны, радио и
слуховые аппараты. Они удивительно универсальны, но это не значит, что они могут все.Хотя мы можем использовать их для включения крошечных электрических токов и
выключено (это основной принцип, лежащий в основе компьютерной памяти), и
преобразовать малые токи в несколько большие (вот как
усилитель работает), они не очень полезны в обращении
гораздо большие токи. Еще один недостаток в том, что они отключаются
сразу после снятия тока переключения, что означает
они не так полезны в устройствах, таких как будильники, где вы хотите
цепь для срабатывания и остается включенной неопределенно долго.Для такого рода работ
мы можем обратиться к похожему электронному компоненту, называемому
тиристор, имеющий общие черты с
диоды, резисторы,
и транзисторы. Триристоры довольно легко понять,
хотя большинство объяснений, которые вы найдете в Интернете, излишне
сложный и часто невероятно запутанный. Итак, это наш старт
точка: давайте посмотрим, сможем ли мы ясно и просто взглянуть на то, что
тиристоры, как они работают и какие
вещи, для которых мы можем их использовать!

Изображение: Типичный тиристор немного похож на транзистор — и работает в
близкородственный способ.

Что такое тиристоры?

Во-первых, давайте разберемся с терминологией. Некоторые люди
используйте термин кремниевый выпрямитель (SCR)
взаимозаменяемо с «тиристором». Фактически, кремниевый
выпрямитель — это торговая марка, которую компания General Electric представила
опишите один конкретный тип тиристора, который он сделал. Есть
различные другие типы тиристоров (в том числе так называемые
диаки и симисторы, которые
предназначены для работы с переменным током), поэтому условия не полностью
синоним.Тем не менее, эта статья о хранении вещей
простой, поэтому поговорим о тиристорах в самом общем виде
термины и предполагают, что SCR — это одно и то же. Мы будем называть их тиристорами.

Фото: Тиристоры широко используются в электронных схемах управления мощностью, подобных этому.

Три соединения

Так что же такое тиристор? Это электронный
компонент с тремя выводами, называемый анодом (положительный вывод),
катод (отрицательный вывод) и затвор.Это несколько аналогичные
к трем выводам транзистора, которые, как вы помните, называются
эмиттер, коллектор и база (для обычного транзистора) или
исток, сток и затвор (в полевом транзисторе или полевом транзисторе).
В обычном транзисторе один из трех выводов (база) действует
как элемент управления, который регулирует, сколько тока течет между другими
два отведения. То же самое и с тиристором: затвор управляет
ток, протекающий между анодом и катодом.
(Стоит отметить, что можно получить триисторы
с двумя или четырьмя выводами, а также с тремя выводами.Но мы сохраняем
здесь все просто, поэтому мы просто поговорим о наиболее распространенной разновидности.)

Сравнение транзисторов и тиристоров

Если транзистор и тиристор выполняют одну и ту же работу,
какая между ними разница? С транзистором, когда маленький
ток течет в базу, это делает больший ток между
эмиттер и коллектор. Другими словами, он действует как
переключатель и усилитель одновременно:

Как работает транзистор: небольшой ток, протекающий в базу, вызывает больший ток между эмиттером и коллектором.Это транзистор n-p-n с красным, обозначающим кремний n-типа, синим, обозначающим p-тип, черными точками, представляющими электроны, и белыми точками, обозначающими дырки.

То же самое происходит внутри полевого транзистора, за исключением того, что мы прикладываем небольшое напряжение к затвору, чтобы произвести
электрическое поле, которое помогает току течь от источника к
осушать. Если мы удалим небольшой ток в базе (или затворе), большой ток
немедленно перестает течь от эмиттера к коллектору (или от истока к стоку в полевом транзисторе).

Часто это не то, чего мы хотим. В
что-то вроде цепи охранной сигнализации (где, возможно, злоумышленник
наступает на нажимную подушечку, и колокольчики начинают звенеть), мы хотим, чтобы
небольшой ток (активируется нажимной подушечкой) для отключения большего
ток (звон колокольчиков) и чтобы больший ток продолжал течь
даже когда меньший ток прекращается (так что колокола все еще звонят, даже если
наш незадачливый злоумышленник осознает свою ошибку и отходит от площадки). В тиристоре это
именно то, что происходит.Небольшой ток на затворе вызывает много
больший ток между анодом и катодом. Но даже если мы тогда
удалить ток затвора, больший ток продолжает течь из
анод к катоду. Другими словами, тиристор остается («защелкивается») включенным.
и остается в этом состоянии до тех пор, пока схема не будет перезагружена.

Там, где транзистор обычно имеет дело с крошечными электронными
токи (миллиампер) тиристор выдерживает настоящие (электрические)
силовые токи (обычно несколько сотен вольт и 5–10 ампер).Вот почему мы можем использовать их в таких вещах, как заводские выключатели питания,
регуляторы скорости электродвигателей,
бытовые диммеры, выключатели зажигания автомобилей,
сетевые фильтры и
термостаты. Время переключения
практически мгновенно (измеряется в микросекундах), и эта полезная функция,
в сочетании с отсутствием движущихся частей и высокой надежностью, поэтому часто используются тиристоры.
как электронные (твердотельные) версии реле
(переключатели электромагнитные).

Как работает тиристор?

Тиристоры являются логическим продолжением диодов и
транзисторы, поэтому давайте кратко рассмотрим эти компоненты.Если
вы не знакомы с твердотельной электроникой, у нас больше и
более четкие объяснения того, как работают диоды и
и как работают транзисторы,
которую вы, возможно, захотите прочитать в первую очередь.

Тиристор как два диода

Напомним, что диод — это два слоя полупроводника.
(p-тип и n-тип) зажаты вместе, чтобы создать соединение
где происходят интересные вещи. В зависимости от того, как вы подключаете
диод, ток либо будет течь через него, либо нет, что делает его
электронный эквивалент улицы с односторонним движением.С положительной связью
к p-типу (синий) и отрицательному соединению к n-типу (красный) диод
смещение вперед, поэтому электроны (черные точки) и дыры (белые точки) перемещаются
к счастью через переход и нормальный ток течет:

Диод с прямым смещением: через переход между p-типом (синий) и n-типом (красный) протекает ток, переносимый электронами (черные точки) и дырками (белые точки).

В противоположной конфигурации, с положительным подключением к n-типу и
отрицательный к p-типу, диод имеет обратное смещение:
соединение становится огромной пропастью, которую электроны и дырки не могут пересечь
и нет тока:

Диод с обратным смещением: при обратном смещении батареи «зона истощения» на переходе становится шире, поэтому ток не течет.

В транзисторе мы имеем три слоя полупроводника, расположенных поочередно (либо p-n-p, либо n-p-n), что дает
два перекрестка, где могут происходить интересные вещи. (Полевой транзистор немного
разные, с дополнительными слоями металла и оксида, но все же
по сути, бутерброд n-p-n или p-n-p.). Тиристор — это просто следующий шаг в
последовательность: четыре слоя полупроводника, снова расположенные поочередно
дайте нам p-n-p-n (или n-p-n-p, если вы поменяете местами) с тремя
переходы между ними. Анод соединяется с внешним слоем p,
катод к внешнему n слою, а затвор к внутреннему p
слой, например:

Тиристор похож на два соединенных диода, соединенных вместе, но с дополнительным подключением к одному из внутренних слоев — «затвору».«

Вы можете видеть, что это напоминает два соединительных диода, соединенных последовательно, но с дополнительным соединением затвора внизу.
Тиристор, как и диод, является выпрямителем: он проводит только в одном направлении. Вы не можете сделать тиристор, просто подключив два диода последовательно: дополнительное соединение затвора означает, что это еще не все. Если вы хорошо знакомы с электроникой, вы заметите сходство между тиристором и диодом Шокли (своего рода двойной диод с
четыре чередующихся полупроводниковых слоя, изобретенные пионером транзисторов Уильямом Шокли
в 1956 г.).Тиристоры произошли от работы транзисторов и диодов Шокли,
который был разработан Джуэллом Джеймсом Эберсом,
кто разработал двухтранзисторную модель, о которой мы расскажем дальше.

Иллюстрации: General Electric представила первый коммерчески успешный тиристор (тогда называемый кремниевым выпрямителем) в июле 1957 года благодаря усилиям Роберта Холла, Ника Холоньяка, Ф. В. «Билла» Гуцвиллера,
и другие. Это базовая иллюстрация тиристора из одного из патентов Билла Гуцвиллера.Работа от
Патент США 3040270: Схема выпрямителя с кремниевым управлением, включая генератор переменной частоты, предоставлена ​​Бюро патентов и товарных знаков США.

Тиристор как два транзистора

Менее очевидно то, что четыре слоя работают как два
транзисторы (n-p-n и p-n-p), которые соединены вместе, так что
выход из одного формирует вход в другой. Ворота служат
как своего рода «стартер» для их активации.

Тиристор также похож на два транзистора, соединенных вместе, поэтому выход каждого из них служит входом для другого.

Три состояния тиристора

Так как же это работает? Мы можем перевести его в три возможных состояния, во всех трех из которых он либо полностью выключен, либо полностью включен, что означает, что это, по сути, двоичное цифровое устройство. Чтобы понять, как работают эти состояния, полезно помнить о диодах и транзисторах:

Прямая блокировка

Обычно, когда ток не течет в затвор, тиристор выключен: ток не может течь из затвора.
анод к катоду.Почему? Представьте тиристор как два соединенных диода.
все вместе. Верхний и нижний диоды смещены в прямом направлении.
Однако это означает, что соединение в центре имеет обратное смещение, поэтому ток не может
пройти весь путь сверху вниз. Это состояние называется вперед
блокировка. Хотя это похоже на прямое смещение в обычном диоде, ток не течет.

Блокировка обратного хода

Предположим, мы поменяем местами соединения анод / катод. Теперь вы, вероятно, видите, что оба
верхний и нижний диоды имеют обратное смещение, поэтому ток через тиристор по-прежнему не течет.Это
называется обратной блокировкой (аналогично обратному смещению в простом диоде).

Форвардное ведение

Третье состояние действительно интересно. Нам нужно, чтобы анод был
положительный и отрицательный катод. Затем, когда ток течет в затвор, он
включает нижний транзистор, который включает верхний,
который включает нижний и так далее. Каждый транзистор
активирует другой. Мы можем рассматривать это как своего рода внутреннюю положительную обратную связь, в которой два транзистора продолжают подавать ток друг другу.
пока они оба не будут полностью активированы, после чего через них может течь ток.
как от анода к катоду.Это состояние называется прямой проводимостью, и именно так
тиристор «защелкивается» (остается постоянно) включенным. После фиксации тиристора
на таком, вы не можете выключить его, просто сняв ток с
вентиль: в этот момент ток затвора не имеет значения — и вы должны
прервать основной ток, протекающий от анода к
катод, часто отключая питание всей цепи. Не следите за этим?
Посмотрите на анимацию в поле ниже, я надеюсь, вам будет понятно.

Типы тиристоров

Несколько упрощено, вот в чем суть того, как
тиристор работает.Есть множество вариантов, в том числе
устройства отключения ворот (GTO)
(который может быть включен или выключен действием затвора), AGT (тиристор с анодным затвором)
устройства, у которых затвор идет на внутренний слой n-типа около анода (вместо слоя p-типа около катода),
фотоэлектрические тиристоры, в которых база активируется светом, и все другие виды. Но все они работают примерно одинаково,
с затвором, отключающим один транзистор, который затем отключает другой.

Обзор схем, типов и применений тиристоров

На коммерческой основе первые тиристорные устройства были выпущены в 1956 году.С помощью небольшого устройства тиристор может управлять большим количеством напряжения и мощности. Широкий спектр применения в регуляторах освещенности, регулировании мощности и скорости электродвигателя. Раньше тиристоры использовались в качестве реверсивного тока для выключения устройства. На самом деле он требует постоянного тока, поэтому его очень сложно применить к устройству. Но теперь, используя управляющий сигнал строба, новые устройства можно включать и выключать. Тиристоры можно использовать для полного включения и выключения. Но транзистор находится между включенным и выключенным состояниями.Таким образом, тиристор используется в качестве переключателя, и он не подходит в качестве аналогового усилителя. Пожалуйста, перейдите по ссылке для: Методы связи тиристоров в силовой электронике

Что такое тиристор?

Тиристор — это четырехслойный твердотельный полупроводниковый прибор, изготовленный из материала типа P и N. Всякий раз, когда затвор получает ток срабатывания, он начинает проводить, пока напряжение на тиисторном устройстве не окажется под прямым смещением. Таким образом, в этом состоянии он действует как бистабильный переключатель.Чтобы контролировать большую величину тока двух выводов, мы должны спроектировать трехпроводной тиристор, комбинируя небольшую величину тока с этим током. Этот процесс называется контрольным отведением. Если разность потенциалов между двумя выводами находится под напряжением пробоя, то для включения устройства используется двухпроводной тиристор.

Тиристор

Обозначение схемы тиристора

Обозначение схемы тиристора приведено ниже. Он имеет три вывода: анод, катод и затвор.

TRIAC Symbol

Тиристор имеет три состояния.

• Режим обратной блокировки — В этом режиме работы диод блокирует подаваемое напряжение.
• Режим прямой блокировки — В этом режиме напряжение, приложенное в одном направлении, заставляет диод проводить. Но здесь не будет проводимости, потому что тиристор не сработал.
• Режим прямой проводимости — Тиристор сработал, и ток будет течь через устройство до тех пор, пока прямой ток не станет ниже порогового значения, известного как «ток удержания».

Схема слоев тиристора

Тиристор состоит из трех p-n-переходов , а именно J1, J2 и J3.Если анод находится под положительным потенциалом по отношению к катоду, а вывод затвора не запускается никаким напряжением, то J1 и J3 будут находиться в состоянии прямого смещения. В то время как переход J2 будет находиться в состоянии обратного смещения. Таким образом, переход J2 будет в выключенном состоянии (проводимости не будет). Если повышение напряжения на аноде и катоде превышает V _BO (напряжение пробоя), то для J2 происходит лавинный пробой, и тогда тиристор переходит в состояние ВКЛ (начинает проводить).

Если к клемме затвора приложено напряжение В _G (положительный потенциал), то на переходе J2 произойдет пробой, которая будет иметь низкое значение В _AK . Тиристор может переключиться в состояние ВКЛ, выбрав соответствующее значение В _G . В условиях лавинного пробоя тиристор будет работать непрерывно без учета напряжения затвора до тех пор, пока не будет удален потенциал V _AK или

Здесь В _G — Импульс напряжения, который является выходным напряжением релаксационного генератора UJT.

Схема слоев тиристоров

Цепи переключения тиристоров

• Цепи тиристоров постоянного тока
• Цепи тиристоров переменного тока

Цепи тиристоров постоянного тока

При подключении к источнику постоянного тока для управления большими нагрузками и током постоянного тока мы используем тиристоры. Основное преимущество тиристора в цепи постоянного тока в качестве переключателя дает большой коэффициент усиления по току. Небольшой ток затвора может управлять большим количеством анодного тока, поэтому тиристор известен как устройство, работающее от тока.

Цепь тиристора постоянного тока

Цепь тиристора переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор действует иначе, потому что он не такой, как цепь, подключенная к постоянному току. В течение половины цикла тиристор используется в качестве цепи переменного тока, вызывая его автоматическое отключение из-за состояния обратного смещения.

Схема тиристора переменного тока

Типы тиристоров

В зависимости от возможностей включения и выключения тиристоры подразделяются на следующие типы:

• Тиристоры с кремниевым управлением или тиристоры
• Тиристоры отключения затвора или GTO
• Эмиттер отключает тиристоры или ETO
• Тиристоры с обратной проводимостью или RCT
• Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC
• MOS отключают тиристоры или MTO
• Тиристоры с двунаправленным фазовым управлением или BCT
• Тиристоры с быстрым переключением или SCR
• Легкие активированные кремниевые выпрямители FAS
• управляемые тиристоры или FET-CTH
• Тиристоры с интегрированным затвором или IGCT

Для лучшего понимания этой концепции здесь мы объясняем некоторые типы тиристоров.

Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)

Кремниевый управляемый выпрямитель также известен как тиристорный выпрямитель. Это четырехслойное твердотельное устройство с контролем тока. SCR могут проводить ток только в одном направлении (однонаправленные устройства). SCR могут нормально запускаться током, который подается на клемму затвора. Чтобы узнать больше о SCR. Пожалуйста, перейдите по ссылке, чтобы узнать больше о: Основы и характеристики учебника SCR

Тиристоры отключения затвора (GTO)

Одним из особых типов полупроводниковых устройств большой мощности является GTO (тиристоры отключения затвора).Терминал ворот управляет включением и выключением переключателей.

GTO Symbol

Если положительный импульс приложен между выводами катода и затвора, то устройство будет включено. Выводы катода и затвора ведут себя как PN-переход, и между выводами существует небольшое напряжение относительно. Это ненадежно как SCR. Для повышения надежности мы должны поддерживать небольшой положительный ток затвора.

Если импульс отрицательного напряжения приложен между выводами затвора и катода, устройство выключится.Чтобы вызвать напряжение катода затвора, часть прямого тока украдена, что, в свою очередь, может упасть наведенный прямой ток, и автоматически GTO перейдет в состояние блокировки.

Применения

• Электроприводы с регулируемой скоростью
• Инверторы большой мощности и тяговое усилие

Применение GTO на приводе с регулируемой скоростью

Существует две основные причины использования привода с регулируемой скоростью — это обмен и управление технологической энергией. И это обеспечивает более плавную работу.В этом приложении доступен высокочастотный ГТО с обратной проводимостью.

GTO Application

Тиристор выключения эмиттера

Тиристор выключения эмиттера — это один из типов тиристоров, который включается и выключается с помощью полевого МОП-транзистора. Он включает в себя как преимущества MOSFET, так и GTO. Он состоит из двух вентилей — один вентиль используется для включения, а другой вентиль с последовательным MOSFET используется для выключения.

Выключите тиристор эмиттера

Если на затвор 2 подается некоторое положительное напряжение, он включит полевой МОП-транзистор, который соединен последовательно с выводом катода тиристора PNPN.МОП-транзистор, подключенный к клемме затвора тиристора , выключится, когда мы подадим положительное напряжение на затвор 1.

Недостатком полевого МОП-транзистора, подключенного последовательно с клеммой затвора, является то, что общее падение напряжения увеличивается с 0,3 В до 0,5 В и потери, соответствующие Это.

Приложения

Устройство ETO используется для ограничителя тока короткого замыкания и полупроводникового выключателя из-за его высокой способности прерывания тока, высокой скорости переключения, компактной конструкции и низких потерь проводимости.

Эксплуатационные характеристики ETO в твердотельном автоматическом выключателе

По сравнению с электромеханическим распределительным устройством твердотельные автоматические выключатели могут обеспечить преимущества в сроке службы, функциональности и скорости. Во время переходного процесса выключения мы можем наблюдать рабочие характеристики полупроводникового переключателя ETO .

Приложение ETO

Тиристоры с обратной проводимостью или RCT

Обычный тиристор большой мощности отличается от тиристора с обратной проводимостью (RCT).RCT не может выполнить обратную блокировку из-за обратного диода. Если мы будем использовать обгонную муфту или обратный диод, то это будет более выгодно для этих типов устройств. Потому что диод и SCR никогда не будут проводить, и они не могут одновременно выделять тепло.

RCT Symbol

Приложения

RCT или обратнопроводящие тиристоры в преобразователях частоты и преобразователях, используемых в контроллере переменного тока с использованием схемы демпфера.

Применение в контроллере переменного тока с использованием демпферов

Защита полупроводниковых элементов от перенапряжения осуществляется путем индивидуального размещения конденсаторов и резисторов параллельно переключателям.Таким образом, компоненты всегда защищены от перенапряжения.

RCT Application

Двунаправленные триодные тиристоры или TRIAC

TRIAC — это устройство для управления током, трехконтактное полупроводниковое устройство . Он образован от названия «Триод для переменного тока». Тиристоры могут проводить только в одном направлении, но TRIAC может проводить в обоих направлениях. Есть два варианта переключения формы сигнала переменного тока для обеих половин: один использует TRIAC, а другой — тиристоры, подключенные взаимно.Чтобы включить одну половину цикла, мы используем один тиристор, а для работы другого цикла мы используем тиристоры с обратным подключением.

Симистор

Применения

Используется в бытовых регуляторах освещенности, регуляторах малых двигателей, регуляторах скорости электрических вентиляторов, управлении небольшими бытовыми электроприборами переменного тока.

Применение в бытовом диммере

При использовании прерывателей переменного напряжения диммер будет работать. Это позволяет лампе пропускать только части сигнала.Если dim больше, чем прерывание формы волны, также больше. В основном передаваемая мощность будет определять яркость лампы. Обычно для изготовления диммера используется TRIAC.

Применение симистора

Это все о типах тиристоров и их применениях. Мы считаем, что информация, представленная в этой статье, поможет вам лучше понять этот проект. Кроме того, с любыми вопросами относительно этой статьи или любой помощью в реализации проектов в области электрики и электроники вы можете свободно обращаться к нам, связавшись с нами в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, какие бывают тиристоры?

Фото:

1. Символ тиристора wikimedia
2. Схема слоев тиристора tumblr
3. DC Thyristor Circuit electronics-tutorials
4. GTO thinkelectronics
5. TRIAC electronicrepairguide

900d76 Изучены схемы управления фазой симистора

В схеме управления фазой симистора симистор включается только для определенных частей полупериодов переменного тока, заставляя нагрузку работать только в течение этого периода формы волны переменного тока.Это приводит к контролируемой подаче мощности на нагрузку.

Симисторы

широко используются в качестве твердотельной замены реле для переключения мощных нагрузок переменного тока. Однако есть еще одна очень полезная функция симисторов, которая позволяет использовать их в качестве контроллеров мощности для управления данной нагрузкой на желаемых конкретных уровнях мощности.

Это в основном реализуется двумя способами: управление фазой и переключение при нулевом напряжении.

Приложение управления фазой обычно подходит для таких нагрузок, как диммеры света, электродвигатели, методы регулирования напряжения и тока.

Переключение при нулевом напряжении больше подходит для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, нагреватели, паяльники, гейзеры и т. Д. Хотя ими также можно управлять с помощью метода управления фазой.

Как работает управление фазой симистора

Симистор может быть активирован в любой части приложенного полупериода переменного тока, и он будет продолжать находиться в проводящем режиме только до тех пор, пока полупериод переменного тока не достигнет линии пересечения нуля.

Это означает, что когда симистор срабатывает в начале каждого полупериода переменного тока, симистор по существу включается так же, как переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, включенный.

Однако предположим, что если этот сигнал запуска используется где-то на полпути формы сигнала цикла переменного тока, симистору будет разрешено проводить просто в течение оставшегося периода этого полупериода.

И поскольку симистор активируется только на половину периода, он пропорционально снижает мощность, подаваемую на нагрузку, примерно на 50% (рис. 1).

Таким образом, количество мощности нагрузки можно контролировать на любом желаемом уровне, просто изменяя точку срабатывания симистора на форме сигнала фазы переменного тока.Так работает фазовый контроль с помощью симистора.

Применение светорегулятора

Стандартная схема светорегулятора представлена ​​на рис. 2 ниже. В течение каждого полупериода переменного тока конденсатор 0,1 мкФ заряжается (через сопротивление управляющего потенциометра) до тех пор, пока на его выводах не будет достигнут уровень напряжения 30-32.

Примерно на этом уровне триггерный диод (диак) принудительно срабатывает, заставляя напряжение проходить через триггер через затвор симистора.

Неоновая лампа также может использоваться вместо диака для того же отклика.Время, затрачиваемое конденсатором 0,1 мкФ на зарядку до порога срабатывания диака, зависит от настройки сопротивления регулирующего потенциометра.

Теперь предположим, что если потенциометр настроен на нулевое сопротивление, конденсатор будет мгновенно заряжаться до уровня срабатывания диака, что, в свою очередь, приведет к тому, что конденсатор перейдет в проводимость в течение почти всего полупериода переменного тока.

С другой стороны, когда потенциометр настроен на максимальное значение сопротивления, конденсатор может заряжаться до уровня зажигания только до тех пор, пока полупериод почти не достигнет своей конечной точки.Это позволит симистору

проводить только очень короткое время, пока сигнал переменного тока проходит через конец полупериода.

Несмотря на то, что схема диммера, показанная выше, действительно проста и не требует больших затрат, она имеет одно существенное ограничение — она ​​не позволяет плавно регулировать мощность нагрузки от нуля до максимума.

Когда мы вращаем потенциометр, мы можем обнаружить, что ток нагрузки довольно резко возрастает от нуля до некоторых более высоких уровней, из которых только тогда можно было бы плавно управлять на более высоких или низких уровнях.

В случае кратковременного отключения питания переменного тока и снижения яркости лампы ниже этого уровня «скачка» (гистерезиса) лампа остается выключенной даже после окончательного восстановления подачи питания.

Как уменьшить гистерезис

Этот эффект гистерезиса можно было бы существенно снизить, реализовав конструкцию, показанную в схеме на рис. 3 ниже.

Исправление: Замените 100 мкФ на 100 мкГ для катушки радиопомех

Эта схема отлично работает в качестве диммера для домашнего освещения.Все части могут быть установлены в задней части настенного распределительного щита, и в случае, если нагрузка окажется ниже 200 Вт, симистор может работать независимо от радиатора.

Практически 100% отсутствие гистерезиса необходимо для диммеров, используемых в оркестровых выступлениях и театрах, чтобы обеспечить постоянное управление освещением ламп. Эта функция может быть реализована при работе со схемой, показанной на рис. 4 ниже.

Поправка: замените 100 мкФ на 100 мкГн для катушки ВЧ-помех.

Выбор мощности симистора

Лампы накаливания потребляют невероятно большой ток в течение периода, когда нить накала достигает своих рабочих температур.Этот импульсный ток при включении может превышать номинальный ток симистора примерно в 10–12 раз.

К счастью, бытовые лампочки могут достичь своей рабочей температуры всего за пару циклов переменного тока, и этот короткий период высокого тока легко поглощается симистором без каких-либо проблем.

Однако ситуация может быть иной для сценариев театрального освещения, в которых лампам большей мощности требуется гораздо больше времени для достижения своей рабочей температуры. Для такого типа приложений симистор должен иметь номинальную нагрузку как минимум в 5 раз превышающую типичную максимальную нагрузку.

Колебания напряжения в схемах управления фазой симистора

Каждая из схем управления фазой симистора, показанных до сих пор, зависит от напряжения, то есть их выходное напряжение изменяется в ответ на изменения входного напряжения питания. Эта зависимость от напряжения может быть устранена с помощью стабилитрона, который может стабилизировать и поддерживать постоянным напряжение на синхронизирующем конденсаторе (рис. 4).

Эта установка помогает поддерживать практически постоянный выходной сигнал независимо от любых значительных колебаний входного напряжения сети переменного тока.Его регулярно используют в фотографических и других сферах, где очень важен стабильный и фиксированный уровень света.

Управление люминесцентными лампами

Ссылаясь на все схемы управления фазой, описанные до сих пор, можно сказать, что лампами накаливания можно управлять без каких-либо дополнительных изменений в существующей системе домашнего освещения.

Регулировка яркости люминесцентных ламп также возможна благодаря такому типу управления фазой симистора. Когда внешняя температура галогенной лампы опускается ниже 2500 градусов C, цикл регенерации галогена перестает работать.

Это может привести к осаждению вольфрамовой нити накала на стенке лампы, что приведет к сокращению срока службы нити и ограничению прохождения света через стекло. Регулировка, которая часто используется вместе с некоторыми схемами, рассмотренными выше, показана на рис. 5

Эта установка включает лампы, когда наступает темнота, и выключает их снова на рассвете. Фотоэлемент должен видеть окружающий свет, но быть защищенным от регулируемой лампы.

Управление скоростью двигателя

Управление фазой симистора также позволяет регулировать скорость электродвигателей. Обычным типом двигателя с последовательной обмоткой можно управлять с помощью схем, очень похожих на те, что используются для регулирования яркости света.

Однако, чтобы гарантировать надежную коммутацию, конденсатор и последовательное сопротивление должны быть подключены параллельно через симистор (рис. 6).

Благодаря этой настройке скорость двигателя может изменяться в ответ на изменения нагрузки и напряжения питания,

Однако для приложений, которые не являются критическими (например, управление скоростью вентилятора), в которых нагрузка фиксирована на любой заданной скорости , схема не потребует никаких изменений.

Скорость двигателя, которая, как правило, при предварительном программировании остается постоянной даже при изменении условий нагрузки, оказывается полезной характеристикой для электроинструментов, лабораторных мешалок, гончарных кругов часовых мастеров и т. Д. ‘SCR обычно включается в полуволновую схему (рис. 7).

Схема работает довольно хорошо в ограниченном диапазоне скоростей двигателя, хотя может быть уязвима для «икоты» на низких скоростях, а правило полуволновой работы запрещает стабилизированную работу намного выше диапазона скоростей 50%.Схема управления фазой с измерением нагрузки, в которой симистор обеспечивает управление от нуля до максимума, показана на рис. 8.

Управление скоростью асинхронного двигателя

Скорость асинхронного двигателя также можно контролировать с помощью симистора, хотя вы можете столкнуться с некоторыми трудностями, в частности если задействованы двигатели с двухфазным или конденсаторным пуском. Обычно асинхронные двигатели могут управляться от полной до половинной скорости, при условии, что они не загружены на 100%.

Температура двигателя может использоваться как довольно надежный эталон.Температура никогда не должна выходить за рамки спецификаций производителя при любой скорости.

Еще раз, может быть применена улучшенная схема регулятора освещенности, показанная на рис. 6 выше, однако нагрузка должна быть подключена в другом месте, как показано пунктирными линиями

Изменение напряжения трансформатора с помощью управления фазой

Схема установлена объясненное выше, может также использоваться для регулирования напряжения внутри обмотки первичной стороны трансформатора, тем самым получая вторичный выходной сигнал с переменной скоростью.

Эта конструкция применялась в различных контроллерах ламп микроскопов. Переменная установка нуля была обеспечена заменой резистора 47 кОм на потенциометр 100 кОм.

Управление нагревательными нагрузками

Различные схемы управления фазой симистора, обсуждавшиеся до сих пор, могут применяться для управления нагрузкой типа нагревателя, хотя контролируемая температура нагрузки может изменяться с изменениями входного переменного напряжения и окружающей температуры. Схема, компенсирующая такие изменяющиеся параметры, показана на рис.10.

Гипотетически эта схема могла бы поддерживать температуру, стабилизированную в пределах 1% от заданной точки, независимо от изменений напряжения сети переменного тока на +/- 10%. Точная общая производительность может определяться структурой и дизайном системы, в которой применяется контроллер.

Эта схема обеспечивает относительное управление, что означает, что общая мощность подается на нагревательную нагрузку, когда нагрузка начинает нагреваться, затем в какой-то промежуточной точке мощность снижается с помощью меры, которая пропорциональна разнице между фактическими значениями. температура груза и предполагаемая температура груза.

Пропорциональный диапазон регулируется с помощью регулятора «усиления». Схема проста, но эффективна, однако имеет один существенный недостаток, который ограничивает ее использование в основном более легкими нагрузками. Эта проблема касается излучения сильных радиопомех из-за прерывания фазы симистора.

Радиочастотные помехи в системах контроля фазы

Все устройства контроля фазы симистора вырабатывают огромное количество радиочастотных помех (радиочастотные помехи или радиопомехи).В основном это происходит на низких и средних частотах.

Радиочастотное излучение сильно улавливается всеми ближайшими средневолновыми радиоприемниками и даже звуковым оборудованием и усилителями, создавая раздражающий громкий звонкий звук.

Этот RFI может также повлиять на оборудование исследовательских лабораторий, особенно на pH-метры, что приведет к непредсказуемой работе компьютеров и других подобных чувствительных электронных устройств.

Возможным средством уменьшения радиопомех является добавление радиочастотного индуктора последовательно с линией питания (обозначенной в схемах как L1).Дроссель подходящего размера можно построить, намотав от 40 до 50 витков суперэмалированной медной проволоки на небольшой ферритовый стержень или любой ферритовый сердечник.

Это может привести к индуктивности прибл. 100 мкГн, в значительной степени подавляющие колебания радиопомех. Для усиленного подавления может быть важным максимально увеличить количество витков до максимально возможного значения или индуктивности до 5 Гн.

Недостаток ВЧ-дросселя

Недостаток схемы фазового регулирования симистора на основе ВЧ-катушки заключается в том, что мощность нагрузки следует учитывать в зависимости от толщины провода дросселя.Поскольку нагрузка должна быть в киловаттном диапазоне, тогда провод ВЧ дросселя должен быть достаточно толстым, что приведет к значительному увеличению размера катушки и ее громоздкости.

Радиочастотный шум пропорционален мощности нагрузки, поэтому более высокие нагрузки могут вызвать более высокое радиочастотное излучение, требующее более совершенной схемы подавления.

Эта проблема может быть не такой серьезной для индуктивных нагрузок, таких как электродвигатели, поскольку в таких случаях обмотка нагрузки сама ослабляет радиопомехи. Управление фазой симистора также связано с дополнительной проблемой — это коэффициент мощности нагрузки.

Коэффициент мощности нагрузки может иметь отрицательное влияние, и это проблема, к которой регуляторы источника питания относятся очень серьезно.

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Что такое тиристор? Типы тиристоров и их применение

Тиристоры — интересный класс полупроводниковых приборов. Они имеют аналогичные характеристики с другими твердотельными компонентами из кремния, такими как диоды и транзисторы. Поэтому отличить тиристоры от диодов и транзисторов может быть сложно.Чтобы усложнить задачу, на рынке доступны различные типы тиристоров.

В некоторых случаях то, что отличает тиристоры друг от друга, может быть всего лишь крошечной деталью.

Также, в зависимости от производителя, данный тиристор может называться другим именем.

Для успешного применения тиристоров при проектировании схем важно знать их уникальные характеристики, ограничения и их взаимосвязь со схемой. Вот почему мы потратили некоторое время на то, чтобы разобраться во всем этом, чтобы вы могли лучше понять, какой тиристор лучше всего подходит для вашего приложения.

Что такое тиристор?

А Тиристор — это четырехслойный прибор с чередующимися полупроводниками P-типа и N-типа (P-N-P-N).

В своей основной форме тиристор имеет три вывода: анод (положительный вывод), катод (отрицательный вывод) и затвор (контрольный вывод). Затвор контролирует поток тока между анодом и катодом.

Основная функция тиристора — регулировать электрическую мощность и ток, действуя как переключатель.Для такого небольшого и легкого компонента он обеспечивает адекватную защиту цепей с большими напряжениями и токами (до 6000 В, 4500 А).

Он привлекателен в качестве выпрямителя, поскольку может быстро переключаться из состояния проводимости тока в состояние непроводимости.

Кроме того, его стоимость обслуживания невысока, и при правильной эксплуатации он остается работоспособным в течение длительного времени без возникновения неисправностей.

Тиристоры используются в самых разных электрических цепях, от простых охранных сигнализаций до линий электропередачи.

Как работают тиристоры?

Тиристор со структурой P-N-P-N имеет три перехода: PN, NP и PN. Если анод является положительным выводом по отношению к катоду, внешние переходы, PN и PN смещены в прямом направлении, а центральный переход NP с обратным смещением. Следовательно, переход NP блокирует прохождение положительного тока от анода к катоду. Говорят, что тиристор находится в состоянии прямой блокировки . Точно так же прохождение отрицательного тока блокируется внешними PN-переходами.Тиристор находится в состоянии обратной блокировки .

Другое состояние, в котором может находиться тиристор, — это состояние прямой проводимости , при котором он получает сигнал, достаточный для включения, и начинает проводить.

Давайте на минутку выделим уникальные свойства, которые тиристоры привносят в схему, углубившись в природу сигнала и отклик тиристора.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089. ITU-TK, 20 & K. 21

MDE Semiconductor уделяет особое внимание решениям по защите цепей.

Краткое описание включения тиристора

Когда на вывод затвора подается достаточный положительный сигнальный ток или импульс, он переводит тиристор в проводящее состояние.Ток течет от анода к катоду и будет продолжать течь, даже когда сигнал затвора удален. Говорят, что тиристор «зафиксирован».

Чтобы разблокировать тиристор, необходимо выполнить сброс схемы путем уменьшения анодно-катодного тока ниже порогового значения, известного как ток удержания.

Включение тиристора на уровне полупроводникового материала

Структура PNPN тиристора может быть интерпретирована как два транзистора, соединенные вместе.То есть ток коллектора от транзистора NPN питает базу транзистора PNP. Точно так же ток коллектора от транзистора PNP питает базу транзистора NPN.

Для фиксации тиристора и начала проведения тока сумма общей базы

коэффициенты усиления по току двух транзисторов должны превышать единицу.

Когда на затвор подается положительный ток или кратковременный импульс, который в достаточной степени увеличивает коэффициент усиления контура до единицы, происходит регенерация.Это означает, что импульс заставляет транзистор NPN проводить ток, который, в свою очередь, смещает транзистор PNP в проводимость. Если

начальный пусковой ток на затворе удаляется, тиристор остается во включенном состоянии, пока ток через тиристор достаточно высок, чтобы соответствовать критериям единичного усиления. Это ток фиксации .

Тиристор может включиться также из-за лавинного пробоя блокировочного перехода.Чтобы тиристор включился при нулевом токе затвора, приложенный ток должен достигнуть напряжения отключения тиристора. Это нежелательно, так как поломка приводит к повреждению устройства. Для нормальной работы тиристор выбирается так, чтобы его напряжение переключения было больше, чем наибольшее напряжение, которое будет испытываться от источника питания. Таким образом, включение тиристора может произойти только после того, как на затвор будет подан преднамеренный импульс, за исключением случаев, когда тиристор специально разработан для работы в режиме отключения.(См. Типы тиристоров с возможностью управляемого отключения ниже).

Тиристор выключения

Чтобы выключить тиристор, который зафиксирован (включен / включен), ток через него должен измениться так, чтобы коэффициент усиления контура был ниже единицы. Выключение начинается, когда ток становится ниже удерживающего.

Тиристоры различных типов и их применение

Тиристоры

можно классифицировать в зависимости от характера их поведения при включении и выключении, а также их характеристик напряжения и тока: Различные классы:

1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
2. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)
3. Двунаправленное управление
1. Тиристоры с возможностью включения (однонаправленное управление)
1. Кремниевый выпрямитель (SCR)

SCR

— наиболее известные тиристоры.Как объяснено в общем описании тиристоров выше, тиристор остается зафиксированным даже при снятии тока затвора. Чтобы разблокировать, необходимо снять ток между анодом и катодом или сбросить анод до отрицательного напряжения относительно катода. Эта характеристика идеальна для регулирования фазы. Когда анодный ток становится равным нулю, тиристор перестает проводить и блокирует обратное напряжение.

SCR используются в схемах переключения, приводах двигателей постоянного тока, статических переключателях переменного / постоянного тока и инвертирующих схемах.

2. Тиристор обратного тока (RCT)

Тиристоры обычно пропускают ток только в прямом направлении, но блокируют токи в обратном направлении. Однако RCT состоит из SCR, интегрированного с обратным диодом, который устраняет нежелательную индуктивность контура и снижает переходные процессы обратного напряжения. RCT обеспечивает электрическую проводимость в обратном направлении с улучшенной коммутацией.

RCT используются в инверторах и приводах постоянного тока для мощных прерывателей.

3. Светоактивированный кремниевый выпрямитель (LASCR)

Они также известны как тиристоры с управляемым светом (LTT). Для этих устройств, когда легкие частицы попадают на обратносмещенный переход, количество электронно-дырочных пар в тиристоре увеличивается. Если сила света больше критического значения, тиристор включится. LASCR обеспечивает полную электрическую изоляцию между источником света и переключающим устройством преобразователя мощности.

LASCR используются в передающем оборудовании HVDC, компенсаторах реактивной мощности и генераторах импульсов большой мощности.

1. Тиристоры с возможностью отключения (однонаправленное управление)

Традиционные тиристоры, такие как тиристоры, включаются при подаче достаточного импульса затвора. Чтобы выключить их, необходимо отключить главный ток. Это неудобно в схемах преобразования постоянного тока в переменный и постоянного в постоянный, где ток, естественно, не становится нулевым.

1. Затвор запорный тиристор (ГТО)

GTO отличается от стандартного тиристора тем, что его можно отключить, подав отрицательный ток (напряжение) на затвор, не требуя снятия тока между анодом и катодом (принудительная коммутация). Это означает, что GTO можно выключить стробирующим сигналом с отрицательной полярностью, что делает его полностью управляемым переключателем. Его также называют коммутатором, управляемым воротами, или GCS. Время выключения GTO примерно в десять раз меньше, чем у эквивалентного SCR.

GTO

с возможностью обратной блокировки, сравнимой с их номинальным напряжением в прямом направлении, называются симметричными GTO. Асимметричные GTO не обладают значительной возможностью блокировки обратного напряжения. GTO с обратной проводимостью состоят из GTO, интегрированного с встречно-параллельным диодом. Асимметричные GTO — самая популярная разновидность на рынке.

GTO используются в приводах двигателей постоянного и переменного тока, мощных инверторах и стабилизаторах переменного тока.

2. МОП отключающий тиристор (МТО)

MTO — это комбинация GTO и MOSFET для улучшения отключающей способности GTO.GTO требует подачи большого тока отключения затвора, пиковая амплитуда которого составляет около 20-35% от анодно-катодного тока (ток, который необходимо контролировать). MTO имеет два управляющих терминала, затвор включения и затвор выключения, также называемый затвором MOSFET.

Чтобы включить MTO, приложенный импульс затвора достаточной величины вызывает фиксацию тиристора (аналогично SCR и GTO).

Для выключения MTO на затвор MOSFET подается импульс напряжения.MOSFET включается, замыкая эмиттер и базу NPN-транзистора, тем самым останавливая фиксацию. Это намного более быстрый процесс, чем GTO (приблизительно 1-2 мкс), и в этом случае большой отрицательный импульс, приложенный к затвору GTO, направлен на извлечение достаточного тока из базы NPN-транзистора. Кроме того, более быстрое время (MTO) устраняет потери, связанные с текущей передачей.

MTO используются в системах высокого напряжения до 20 МВА, моторных приводах, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и инверторах источников напряжения для высокой мощности.

3. Эмиттер отключающих тиристоров (ЭТО)

Как и MTO, ETO имеет два вывода, нормальный затвор и второй затвор, соединенные последовательно с полевым МОП-транзистором.

Чтобы включить ETO, на оба логических элемента подается положительное напряжение, что приводит к включению NMOS и выключению PMOS. Когда в нормальный затвор подается положительный ток, ETO включается.

Для выключения, когда на затвор полевого МОП-транзистора подается сигнал отрицательного напряжения, NMOS выключается и передает весь ток от катода.Процесс фиксации останавливается, и ETO выключается.

ETO

применяются в инверторах источников напряжения для высокой мощности, гибких линиях передачи переменного тока (FACT) и статических синхронных компенсаторах (STATCOM).

1. Двунаправленное управление

Обсуждаемые до сих пор тиристоры были однонаправленными и используются в качестве выпрямителей, преобразователей постоянного тока в постоянный и инверторов. Чтобы использовать эти тиристоры для управления напряжением переменного тока, два тиристора должны быть соединены встречно параллельно, в результате чего получатся две отдельные схемы управления, которые потребуют большего количества проводных соединений.Двунаправленные тиристоры, которые могут проводить ток в обоих направлениях при срабатывании триггера, были разработаны специально для решения этой проблемы.

1. Триод переменного тока (TRIAC)

Тиристоры

— вторые по распространенности тиристоры после тиристоров. Они могут управлять обеими половинами переменного сигнала, тем самым более эффективно используя доступную мощность. Однако симметричные преобразователи частоты обычно используются только для приложений с низким энергопотреблением из-за присущей им несимметричной конструкции.В приложениях с высокой мощностью симисторы имеют некоторые недостатки при переключении при разных напряжениях затвора в течение каждого полупериода. Это создает дополнительные гармоники, которые вызывают дисбаланс в системе и влияют на характеристики ЭМС.

Маломощные триаки используются в качестве регуляторов света, регуляторов скорости для электрических вентиляторов и других электродвигателей, а также в компьютерных схемах управления бытовой техникой.

2. Диод переменного тока (DIAC)

DIACS — это маломощные устройства, которые в основном используются вместе с TRIACS (размещены последовательно с выводом затвора TRIAC).

Поскольку TRIAC по своей природе несимметричны, DIAC предотвращает протекание любого тока через затвор TRIAC до тех пор, пока DIAC не достигнет своего триггерного напряжения в любом направлении. Это гарантирует, что TRIACS, используемые в переключателях переменного тока, срабатывают равномерно в любом направлении.

DIAC находятся в диммерах для ламп.

3. Кремниевый диод переменного тока (SIDAC)

SIDAC электрически ведет себя так же, как DIAC.Основное различие между ними состоит в том, что SIDAC имеют более высокое напряжение отключения и большую мощность, чем DIAC. SIDAC — это пятиуровневое устройство, которое можно использовать непосредственно в качестве переключателя, а не в качестве триггера для другого коммутационного устройства (например, DIAC для TRIACS).

Если приложенное напряжение соответствует или превышает напряжение отключения, SIDAC начинает проводить ток. Он остается в этом проводящем состоянии даже при изменении приложенного напряжения до тех пор, пока ток не станет ниже его номинального тока удержания.SIDAC возвращается в непроводящее состояние, чтобы повторить цикл.

SIDAC

используются в релаксационных генераторах и других устройствах специального назначения.

Щелкните здесь, чтобы купить тиристоры или другие устройства защиты цепей от MDE Semiconductor.

Наши двухконтактные тиристоры серии P разработаны для телекоммуникационной отрасли. Эти продукты обеспечивают защиту в соответствии с FCC Part 68, UL 1459, Bellcore 1089.ITU-TK, 20 и K. 21

Учебное пособие по схемам для проектов

Basic Triac-SCR

by Lewis Loflin

На этой странице обсуждаются базовые симисторы и тиристоры. Симистор — это двунаправленный трехконтактный двойной тиристорный переключатель (SCR). Это устройство может переключать ток в любом направлении, подавая небольшой ток любой полярности между затвором и вторым главным контактом.

Симистор изготовлен путем объединения двух тиристоров в обратном параллельном соединении.Он используется в приложениях переменного тока, таких как регулирование яркости света, управление скоростью двигателя и т. Д. Симисторы также могут использоваться для управления мощностью микроконтроллера с помощью схемы фазовой синхронизации.

Если кто-то не знаком с диодами и выпрямлением переменного тока, см. Следующее:

Включение / выключение диода

На рисунке выше изображен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) или тиристер. Это диод с «затвором». SCR не только проводит в одном направлении, как любой другой диод, но и затвор позволяет отключать и отключать саму проводимость.Когда переключатель ON нажат, SCR включается, и ток течет с отрицательного на положительный через SCR и нагрузку. После включения SCR будет оставаться включенным до тех пор, пока не будет нажат выключатель, нарушающий текущий путь.

Обратите внимание, что переключатель ON называется «нормально разомкнутым» (Н.О.) и при нажатии замыкает (замыкает) соединение. Выключатель OFF, называемый нормально замкнутым (N.C.), разрывает (размыкает) соединение при нажатии. Оба они кнопочные.

В цепи над нагрузкой находится лампа постоянного тока.Нажмите переключатель S1, и включатся и будут продолжать оставаться включенными, пока не будет нажат переключатель S2.

В этом примере мы разместили диод последовательно с переключателем включения / выключения затвора. Когда вы нажимаете переключатель ON, двигатель запускается, загорается свет и т. Д. Когда переключатель отпускается, питание прекращается без использования переключателя OFF. Это связано с тем, что входное напряжение переменного тока возвращается к нулю вольт на 180 и 360 градусов, отключая SCR. И как диод, SCR проводит только половину цикла.

В этом примере схемы мы разместили переменный резистор (потенциометр) последовательно с диодом затвора. (Это также было известно как ручка регулировки громкости старого типа.) «Поворачивая ручку», мы можем изменить точку срабатывания при включении SCR только части полупериода или, если сопротивление достаточно, выключить SCR.

Это иллюстрирует процесс с двухполупериодным нефильтрованным постоянным током

В другом примечании мы можем управлять двухполупериодным пульсирующим нефильтрованным постоянным током с помощью тиристора.См. Также «Основы выпрямления и фильтрации переменного тока»

.

Подробнее см. Что такое светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель? (LASCR) и спецификация оптопары h21C6 SCR. (PDF файл)

Выше представлена ​​практическая схема тестирования SCR. Лампа загорится только при нажатии Sw3. Лампа будет иметь половинную яркость, потому что тиристор действует как полуволновой выпрямитель. R4 может находиться в диапазоне от 100 до 470 Ом. Лампа должна быть полностью выключена, если выключатель не нажат или устройство не неисправно.(Полностью или частично закорочено.)

Эта схема также удобна для сравнения различных тиристоров одного и того же номера детали. Например, однажды у меня была неисправная печатная плата с шестью тиристорами, но один тиристор из шести при работе включался при совершенно другом напряжении срабатывания триггера, чем остальные пять. Лампа имела другой уровень яркости, чем остальные пять. Замена этого одного SCR устранила эту очень дорогую печатную плату.

Знакомство с симисторами

Симистор — это твердотельный переключатель переменного тока.Небольшой ток на клемме затвора может переключать очень большие токи переменного тока. Думайте о симисторе как о двух последовательно соединенных тиристорах, в которых катод одного тиристора соединен с анодом другого и наоборот. Ворота соединены между собой. Поскольку у нас есть две конфигурации типа SCR, можно переключать оба полупериода.

Примечание: я видел бумажные примеры использования двух тиристоров в качестве симистора, но это может не работать так же! Остерегайтесь этого.

В приведенном выше примере замыкание переключателя приведет к включению симистора.Идея состоит в том, чтобы использовать небольшой переключатель малой мощности для управления устройствами большой мощности, такими как двигатели или нагреватели. Опасность здесь заключается в том, что на самом переключателе присутствует высокое напряжение переменного тока. Это также может быть большой проблемой для твердотельных контроллеров, если они не используют небольшое реле, которое некоторые микроволновые печи делают именно так.

Выше представлена ​​практическая схема тестирования TRIAC. Нажмите любой переключатель, и лампа включится с половинной яркостью. Сожмите оба вместе на полную яркость. Это позволяет тестировать обе стороны SCR по отдельности.Яркость должна быть одинаковой для обеих сторон, иначе TRIAC неисправен. Когда ни один переключатель не нажат, лампа должна быть полностью выключена. R1 и R2 должны быть в диапазоне от 100 до 470 Ом.

Схема симистора с наилучшим откликом и диак.

Ключ к успешному срабатыванию симистора — убедиться, что затвор получает свое пусковое напряжение со стороны главной клеммы 2 схемы (основной клеммы на противоположной стороне символа TRIAC от клеммы затвора). Идентификация клемм Mt1 и Mt2 должна выполняться по номеру детали TRIAC со ссылкой на технический паспорт или книгу.

DIAC, или «диод переменного тока», представляет собой триггерный диод, который проводит ток только после того, как его напряжение пробоя было мгновенно превышено. Когда это происходит, сопротивление DIAC резко уменьшается, что приводит к резкому уменьшению падения напряжения на самом DIAC, что приводит к резкому увеличению тока, протекающего через затвор симистора.

Это обеспечивает быструю и чистую резку TRIAC. DIAC остается в режиме проводимости до тех пор, пока напряжение не упадет до очень низкого значения, намного ниже напряжения срабатывания.Это называется удерживающим током. Ниже этого значения диак снова переключается в состояние высокого сопротивления (выключено). Это двунаправленное поведение, то есть обычно одинаковое как для положительного, так и для отрицательного полупериодов.

Большинство DIAC имеют напряжение пробоя около 30 В. Таким образом, их поведение в некоторой степени похоже на (но гораздо более точно контролируется и происходит при более низких напряжениях, чем) неоновая лампа.

ЦИАП

не имеют электрода затвора, в отличие от некоторых других тиристоров. Некоторые TRIAC содержат встроенный DIAC последовательно (я никогда не видел такого в полевых условиях) с терминалом «затвора» TRIAC для этой цели.ДИАП также называют симметричными триггерными диодами из-за симметрии их характеристической кривой. Поскольку DIAC являются двунаправленными устройствами, их выводы помечены не как анод и катод, а как A1 и A2 или Mt1 («Главный вывод») и Mt2. Большинство листов спецификаций не заботятся о маркировке A1 / A2 или Mt1 / Mt2.

Также см. Как проверить DIAC

Диммер для коммерческих ламп в странах с напряжением 220 В. Br100 — диак.

Диак обеспечивает более чистое переключение симистора.Диоды — это специализированные диоды Шокли, соединенные спина к спине.

Демпферы

Демпферная цепь (обычно RC-типа) часто используется между МТ1 и МТ2. Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и MT1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне. Резистор на 100 Ом и конденсатор 0,1 мкФ предназначены для демпфирования симистора. Эти компоненты должны использоваться с индуктивными нагрузками, такими как двигатели, контакторы и т. Д.

Для получения дополнительной информации о вышеуказанном оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx (файл в формате pdf)

.